專利名稱：用來清理排放物減少組件的燒燃料的燃燒器的電極的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體涉及柴油機排放物減少裝置。
背景技術：
未處理的內燃機排放物(例如，柴油機排放物)包括各種廢物，像例如氮的氧化物 (N0x)、烴以及一氧化碳。另外，來自某些類型的內燃機(如柴油發(fā)動機)的未處理的排放 物也包括顆粒碳基物質或“碳黑”。與碳黑排放物標準相關的聯(lián)邦法規(guī)正在變得越來越嚴 格，由此促進了對于從發(fā)動機排放物除去碳黑的裝置和/或方法的需求。由發(fā)動機系統(tǒng)釋放的碳黑的量可通過排放物減少裝置(如過濾器或捕集器)的使 用而減少。這樣的過濾器或捕集器被定期地再生，以便從其除去碳黑。過濾器或捕集器可 以利用用于燃燒在過濾器中捕獲的碳黑的燃燒器或電加熱器而再生。選擇性催化還原法(SCR)用于在內燃機排氣中的N0x還原。SCR催化劑的N0x還 原的效率基于暴露于那里的排氣的溫度。排氣在低負載條件期間通常處于低效率溫度下。 已經(jīng)使用熱源來將排氣的溫度升高到允許SCR催化劑更高效地執(zhí)行的水平。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種操作排放物減少組件的燒燃料的燃燒器的方法可以 包括探測燃燒器關閉請求；響應燃燒器關閉請求而將正在供給到燃燒器的空氣/燃料混 合物的空氣與燃料比調節(jié)到比化學計算比大的比值。該方法還可以包括響應燃燒器關閉請求而使調節(jié)的空氣/燃料混合物向燃燒器的電極組件前進預定量的時間。該方法還可以包 括在預定量的時間已經(jīng)過去之后關閉燃燒器。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種用于內燃機的排放物減少組件可以包括顆粒過濾 器和定位在顆粒過濾器上游的燒燃料的燃燒器。燒燃料的燃燒器可以包括電極組件。排放 物減少組件還可以包括電子控制燃料輸送組件，該電子控制燃料輸送組件可操作成將燃 料輸送到燒燃料的燃燒器；和電聯(lián)接到燒燃料的燃燒器上的控制器?？刂破骺梢园ㄌ幚?器和電聯(lián)接到處理器上的存儲裝置。存儲裝置可以包括在其中存儲的多條指令，當處理器 執(zhí)行這些指令時，這些指令使處理器探測燃燒器關閉請求。還可以使處理器響應燃燒器關 閉請求而將燃料輸送組件操作預定量時間，以將正在供給到燃燒器的電極組件的空氣/燃 料混合物的空氣與燃料比調節(jié)到比化學計算比大的比值。在預定量的時間已經(jīng)過去之后， 還可以使處理器關閉燃燒器。


圖1是公路用載貨汽車的后視圖，該汽車具有安裝在其上的排放物減少組件；圖2是排放物減少組件的立體圖；圖3是在圖2的線3-3的箭頭方向上所看到的排放物減少組件的端部的視圖；圖4是沿圖3的線4-4取得的、在箭頭的方向上所看到的圖2的排放物減少組件 的剖視圖，注意，為了描述清楚，在橫截面中未表示過濾器殼體和收集器殼體；圖5是圖4的排放物減少組件的燒燃料的燃燒器的放大剖視圖；圖6是圖2-5的燒燃料的燃燒器的混合隔板的放大剖視圖；圖7是燒燃料的燃燒器的示意性內部俯視圖；圖8是可選擇的燒燃料的燃燒器的示意性內部俯視圖；圖9是說明性排放物減少組件的方塊圖；圖10是一控制例行程序的流程圖，該控制例行程序用來操作在排放物減少組件 中的燒燃料的燃燒器；圖11是用來操作在排放物減少組件中的燒燃料的燃燒器的另一個控制例行程序 的流程圖；圖12是用來操作在排放物減少組件中的燒燃料的燃燒器的還一個控制例行程序 的流程圖；及圖13是用來操作在排放物減少組件中的燒燃料的燃燒器的又一個控制例行程序 的流程圖。
具體實施例方式如這里將更詳細描述的那樣，圖1說明性地表示供內燃機(如公路用載貨汽車14 的柴油發(fā)動機)使用的排放物減少組件10、12。如在圖1中說明性地表示的那樣，排放物減 少組件10、12的每一個分別具有燒燃料的燃燒器16、18和顆粒過濾器20、21。燒燃料的燃 燒器16、18定位在相應顆粒過濾器20、21的上游(相對于來自發(fā)動機的排氣流)。在發(fā)動 機的操作期間，排氣在進入排放物減少組件10、12之前流過分流排氣進口管19，并因而流 過顆粒過濾器20、21，由此將碳黑捕獲在過濾器中。處理的排氣通過排氣管24、26釋放到大
5氣中。通常在發(fā)動機的操作期間，燒燃料的燃燒器16再生顆粒過濾器20，并且燒燃料的燃 燒器18再生顆粒過濾器21。也分別表示在圖1中的是，用于排放物減少組件10、12的燃料 管線37、41和空氣管線39、43?，F(xiàn)在參照圖2-6，更詳細地表示了排放物減少組件10。應該認識到，排放物減少組 件10大體與排放物減少組件12相同。這樣，與圖2-6的排放物減少組件10相關的討論相 應于排放物減少組件12。如圖4和5所示，燒燃料的燃燒器16包括殼體15，該殼體15具有定位在其中的燃 燒室17。排氣進口管19說明性地表示在圖4和5中，該排氣進口管19示出為穿過殼體15 設置，這允許管19將排氣從柴油發(fā)動機(未表示)引導到殼體15中。管19包括在出口端 部上設置的彎頭23，該出口端部定位在殼體15中。彎頭23允許使得流過管19的排氣朝殼 體15的壁25定向，以在到達燃燒室17之前撞擊在壁25上。圖7表示燒燃料的燃燒器16 的示意性內部俯視圖(就在圖1中表示的方位而論)，圖7示出了排氣流入殼體15中和撞 擊在壁25上的方式。如由箭頭指示的那樣，排氣在撞擊壁25時按渦旋式樣流動，這時排氣 也穿過殼體15朝過濾器20向下游(相對于排氣流)流動。再參照圖4和5，燃燒室17包括圍繞空間47的壁45，在該空間47處定位燃燒器 16的火焰。壁45在其靠近過濾器20的端部處是敞開的，壁45包括在其中限定的多個氣 體進口開口 22。允許排氣穿過進口開口 22流入燃燒室17中。按這樣一種方式，保護在燃 燒室17內存在的火焰免受全部發(fā)動機排氣流的影響，同時允許受控量的發(fā)動機排氣進入 燃燒室17，以提供促進供給到燃燒器16的燃料的燃燒的氧氣。通過彎頭23將排氣引導成 使它在離開管19時不直接朝向燃燒室17，這進一步保護火焰。隨著排氣撞擊在壁25上并 且穿過殼體15渦旋，排氣將如此擴散，使得它的一部分進入燃燒室17。沒有進入燃燒室17 的排氣被定向成穿過在罩蓋27中限定的多個開口 35。燒燃料的燃燒器16也包括電極組件，該電極組件具有一對電極28、30，如在圖3_5 中說明性地表示的那樣。當電能施加到電極28、30時，在電極28、30之間的間隙32中產生 火花。燃料從燃料管線37流動并穿過燃料進口噴嘴34進入燒燃料的燃燒器16，并且穿過 電極28、30之間的間隙32前進，由此使燃料通過由電極28、30產生的火花而點燃。應該認 識到，進入噴嘴34中的燃料一般呈受控的空氣/燃料混合物的形式。燒燃料的燃燒器16也包括燃燒空氣進口 36?？諝獗没蚱渌訅旱目諝庠?如所 述公路用載貨汽車的渦輪增壓器或空氣制動系統(tǒng))產生前進到燃燒空氣進口 36的加壓的 空氣流。在顆粒過濾器20的再生期間，空氣流通過空氣管線39和燃燒空氣進口 36引入到 燒燃料的燃燒器16中，以提供維持燃料燃燒的氧氣(除了在排氣中存在的氧氣之外)。如圖4所示，顆粒過濾器20定位在燒燃料的燃燒器16的殼體15的出口 40的下 游。顆粒過濾器20包括過濾器基片42。如圖4所示，基片42定位在過濾器殼體44中。過 濾器殼體44固定到燃燒器殼體15。這樣，離開燃燒器殼體15的氣體被引導進入到過濾器 殼體44中，并且穿過基片42。顆粒過濾器20可以是任何類型的可買到的顆粒過濾器。例 如，顆粒過濾器20可以實施成任何已知的排氣顆粒過濾器，如“深層”或“壁流”過濾器。深 層過濾器可以實施成金屬絲網(wǎng)過濾器、金屬或陶瓷泡沫過濾器、陶瓷纖維絲網(wǎng)過濾器等類 似物。另一方面，壁流過濾器可以實施成堇青石或碳化硅陶瓷過濾器，該過濾器具有在過濾 器的前部和后部處插入的交替通道，由此迫使氣體前進穿過并進入到一個通道中、穿過壁
6并且從另一個通道出去。另外，過濾器基片42可以浸漬有催化材料，像例如貴金屬催化材 料。催化材料可以例如實施成鉬、銠、鈀、包括其各種組合，以及任何其它類似的催化材料。 催化材料的使用降低點燃捕獲的碳黑顆粒需要的溫度。過濾器殼體44固定到收集器48的殼體46。明確地說，過濾器殼體44的出口 50 固定到收集器殼體46的進口 52。這樣，離開過濾器基片42 (和因此過濾器殼體44)的處理 的(即，過濾的)排氣前進到收集器48中。然后處理的排氣前進穿過氣體出口 54。在圖1 中，氣體出口 54聯(lián)接到排氣管24，該排氣管24將處理的排氣引導到大氣中。然而，應該認 識到，氣體出口 54可以聯(lián)接到隨后的排放物減少裝置上(例如，見圖9)，如果發(fā)動機的排氣 系統(tǒng)裝有這樣一種裝置，則允許在排氣被釋放到大氣中之前進一步的排氣處理。再參照圖4-6，混合隔板56定位在燃燒器殼體15中?；旌细舭?6定位在罩蓋27 與燃燒器殼體15的出口 40之間。在這里描述的說明性實施例中，混合隔板56包括拱頂形 轉向板58、開孔圓環(huán)60以及收集板62。如圖4和5所示，收集板62焊接或以其它方式固 定到燃燒器殼體15的內表面。收集板62在其中央處具有孔64。開孔圓環(huán)60焊接或以其 它方式固定到收集板62。圓環(huán)60的內徑大于孔64的直徑。這樣，圓環(huán)60圍繞收集板62 的孔64。轉向板58焊接或以其它方式固定到圓環(huán)60的端部，該端部與固定到收集板62的 端部相對。轉向板58是實心的(S卩，它沒有形成在其中的孔或開口)，由此起到阻止排氣流 直線地穿過混合隔板56的作用。而是，轉向板58使排氣流徑向向外地換向?；旌细舭?6在過濾器再生期間，起到使被引導而穿過燃燒室17的熱排氣流和 旁通經(jīng)過燃燒室17的冷排氣流相混合的作用，由此將混合的排氣流引入到顆粒過濾器20 中。具體地說，如以上描述的那樣，在燃燒室殼體15中渦旋的排氣流(見圖7)分離成兩股 流_(i)冷旁通流，該冷旁通流旁通經(jīng)過燃燒室17，并且穿過罩蓋27的開口 35前進；和(ii) 熱燃燒流，該熱燃燒流流入燃燒室17中，在燃燒室17由其中存在的火焰顯著地加熱?；旌?隔板56迫使兩股流一起穿過狹窄區(qū)域流動，然后使這樣一種集中的流隨后徑向地向外流 動，由此將兩種流混合在一起。為此，冷排氣流穿過在罩蓋27中的開口 35前進，并且此后 被定向成與收集板62的上游面66相接觸。收集板62的形狀將冷流引向孔64。同樣，使熱排氣流朝向收集板62的孔64。具體地說，由拱頂形火焰捕捉器68防 止熱排氣流軸向離開燃燒室17?；鹧娌蹲狡?8迫使熱排氣流徑向向外穿過在開孔圓環(huán)72 中限定的多個開口 70，該開孔圓環(huán)72類似于混合隔板56的開孔圓環(huán)60。熱排氣流然后通 過包括罩蓋27的下游面74和燃燒器殼體15的壁25的表面的組合而被引向收集板62的 上游面66。然后熱排氣流與收集板的上游面66相接觸，在該處板62的形狀使熱排氣流引 向孔64。這開始形成熱排氣流與冷排氣流的混合。隨著冷排氣流和熱排氣流進入收集板62的孔64，混合繼續(xù)進行。部分混合的氣體 流被定向成與轉向板58相接觸。轉向板58阻礙氣體的直線流動，并且將它們在遠離轉向 板58的徑向方向上向外定向。然后將排氣流弓丨導穿過多個開口 76，這些開口 76形成在混 合隔板56的開孔圓環(huán)72中。排氣的這種徑向向外流動撞擊在燃燒器殼體15的內表面上， 并且被引導穿過燃燒器殼體15的出口 40并進入過濾器殼體44的進口中，在該處，混合的 排氣流被用來再生過濾器基片42。因此，彎頭23使進入殼體15的排氣按渦旋方式流動，而隨著排氣分離成旁通和燃 燒流，排氣穿過殼體15向下游流動?；旌细舭?6迫使穿過狹窄區(qū)域的非均勻排氣流的混
7合，并且然后使混合的流向外擴展。使進入殼體15的排氣進行渦旋并迫使它穿過混合隔板 56，這防止形成的中心流或熱氣體的中心射流撞擊在過濾器基片42上。這在將組合的流引 入到過濾器基片的面上之前提供形成的熱流和冷流的更均勻混合物，由此提高過濾器再生 效率，并且降低由熱斑點造成的過濾器損壞的可能性。應該認識到，彎頭23和混合隔板56 可以分離地實施，或者一起實施，如本文描述的那樣。圖8表示排放物減少組件10的示意性內部俯視圖，該排放物減少組件10實施可 選擇殼體15和排氣進口管構造19。在這種說明性構造中，除去彎頭23，并且管19穿過在 殼體15中形成的開口延伸，從而穿過管19流動的排氣在進入殼體15時沿壁25定向。這 允許排氣流沿其流動路徑撞擊在壁25上，這使得排氣流呈與用在圖7中表示的構造所引起 的渦旋式樣相類似的渦旋式樣。類似于在圖7中表示的構造，圖8的構造可以與混合隔板 56 一起實施?，F(xiàn)在參照圖9，說明性地表示排放物減少組件90的示意圖，該排放物減少組件90 用來減少由內燃機92產生的排放物。排放物減少組件90包括沿排氣路徑94設置在發(fā)動 機92下游的燒燃料的燃燒器96，發(fā)動機92在這個說明性實施例中是柴油發(fā)動機。排放物 減少組件90還包括柴油氧化催化劑(D0C) 98，該柴油氧化催化劑(D0C)98定位在燃燒器 96的下游；和顆粒過濾器100，該顆粒過濾器100沿排氣路徑94定位在D0C 98的下游。排 放物減少組件90還包括定位在過濾器100的下游的選擇性催化還原(SCR)催化劑102。應 該認識到，燃燒器96和過濾器100與以前描述的燃燒器16和過濾器20大體相同，因而關 于燃燒器96和過濾器100的描述，將使用與以前描述的燃燒器16和過濾器20相關的類似 元件的名稱和附圖標記。也在圖9中表示的是電子控制單元(EOT)或“電子控制器” 104。電子控制器104 通常定位在殼體中，并且位于所述公路用載貨汽車14內，如以前關于圖1討論的那樣。電 子控制器104本質上是主計算機，該主計算機負責解釋由與排放物減少組件90 (并且在某 些情況下，發(fā)動機92)相關聯(lián)的傳感器發(fā)送的電信號，并且負責致動與排放物減少組件90 相關聯(lián)的電子控制元件。例如，電子控制器104是可操作的，除其它事項外，用于確定何時 排放物減少組件90的顆粒過濾器100需要再生；計算和控制待引入到燒燃料的燃燒器96 中的空氣和燃料的量和比值；確定在排放物減少組件90內各個位置中的溫度；操作多個空 氣和燃料閥；以及與同所述公路用載貨汽車14的發(fā)動機92相關聯(lián)的發(fā)動機控制單元(未 表示)相通信。應該認識到，電子控制器104也可確定在與關于圖1描述的雙重布置相類 似的雙重布置中哪個排放物減少組件90需要再生。為了執(zhí)行這些任務，電子控制器104包括多個電子元件，這些電子元件通常與在 機電系統(tǒng)的控制中利用的電子單元相關聯(lián)。例如，除了通常包括在這樣的裝置中的其它元 件以外，電子控制器104可以包括諸如微處理器106之類的處理器；以及諸如可編程只讀 存儲裝置(“PR0M”)之類的存儲裝置108，該可編程只讀存儲裝置包括可擦除PROM(EPR0M 或EEPR0M)。除其它事情以外，存儲裝置108用于存儲例如呈(一個或多個)軟件例行程序 形式的指令，該軟件例行程序當由處理器106執(zhí)行時允許電子控制器104控制排放物減少 組件90的操作。電子控制器104也包括模擬接口電路110。模擬接口電路110將來自各個傳感器 (例如溫度傳感器)的輸出信號轉換成適于提供給微處理器106的輸入的信號。具體地說，模擬接口電路110通過利用模數(shù)(A/D)轉換器(未表示)等類似物而將由傳感器產生的模 擬信號轉換成由處理器106使用的數(shù)字信號。應該認識到，A/D轉換器可以實施成一個分 立的裝置或多個裝置，或者可以集成到微處理器106中。也應該認識到，如果與排放物減少 組件90相關聯(lián)的傳感器中的任一個或多個產生數(shù)字輸出信號，則可以繞過模擬接口電路 110。類似地，模擬接口電路110將來自微處理器106的信號轉換成輸出信號，該輸出信 號適于提供給與排放物減少組件90相關聯(lián)的電控元件(例如，燃料噴注器、空氣閥、點火 器、泵馬達、等等)。具體地說，模擬接口電路110通過利用數(shù)字模擬(D/A)轉換器(未表 示)等類似物而將由處理器106產生的數(shù)字信號轉換成由與排放物減少組件90相關聯(lián)的 電子控制元件使用的模擬信號。應該認識到，類似于以上描述的A/D轉換器，D/A轉換器可 以實施成一個分立的裝置或多個裝置，或者可以集成到處理器106中。也應該認識到，如 果與排放物減少組件90相關聯(lián)的電子控制元件中的任一個或多個基于數(shù)字輸入信號而操 作，則可以繞過模擬接口電路。因此，電子控制器104可以被操作成控制燒燃料的燃燒器96的操作。具體地說， 電子控制器104執(zhí)行例行程序，該例行程序(除其它事項外)包括閉環(huán)控制方案，在該閉環(huán) 控制方案中，電子控制器104監(jiān)視與排放物減少組件90相關聯(lián)的傳感器的輸出，以控制對 于與排放物減少組件90相關聯(lián)的電子控制元件的輸入。為此，電子控制器104同與排放物 減少組件90相關聯(lián)的傳感器相通信，以便(除其它事項外)確定在排放物減少組件90內 的各個位置處的溫度和跨過過濾器100的過濾器基片42的壓力降。配備有這種數(shù)據(jù)，電子 控制器104每秒進行多種計算，包括查閱在預編程的表格中的值，以便執(zhí)行算法，從而完成 諸如確定何時操作燃料噴注器或操作多長時間、控制輸入到燃燒器96的電極28、30的功率 級、控制穿過燃燒空氣進口 36前進的空氣、等等之類的功能。應該認識到，電子控制器104可以直接同與排放物減少組件90相關聯(lián)的各個傳感 器相通信，或者借助對于本領域技術人員已知的控制器區(qū)域網(wǎng)(CAN)接口(未表示)，可以 從與發(fā)動機92相關聯(lián)的發(fā)動機控制單元(未表示)得到來自傳感器的輸出?？蛇x擇地， 由電子控制器104按常規(guī)方式利用發(fā)動機操作參數(shù)可以計算排氣質量流量，所述發(fā)動機操 作參數(shù)如發(fā)動機RPM、渦輪增壓壓力和吸氣歧管溫度(以及其它已知參數(shù)，如發(fā)動機汽缸排 量)。應該認識到，電子控制器104本身可以計算質量流量，或者借助CAN接口從發(fā)動機92 的發(fā)動機控制單元得到計算的質量流量。如以前討論的那樣，在發(fā)動機92的操作期間，過濾器100由于過濾由發(fā)動機92產 生的排氣最終變得充滿碳黑，并且需要再生，以便繼續(xù)有效地過濾。處理器106可編程成基 于預定時間間隔、事件檢測或對于本領域技術人員已知的其它觸發(fā)情況來控制燃燒器96。 一旦燒燃料的燃燒器96被致動，它就開始產生熱量。這樣的熱量被引導到下游(相對于排 氣流)，并且與顆粒過濾器100的上游面相接觸。熱量點燃并燃燒在過濾器基片42中捕獲 的碳黑顆粒，由此再生顆粒過濾器100。舉例來說，在600-650攝氏度范圍中的熱量可以足 以再生非催化的過濾器，而在300-350攝氏度范圍中的熱量可以足以再生催化的過濾器。D0C 98可以定位在顆粒過濾器100的上游。D0C 98 (或任何其它類型的氧化催化 劑)可以用來氧化任何未燃燒的烴和一氧化碳(CO)，由此產生向下游傳遞到過濾器100的 輔助熱量。如圖9所示，噴注器97可以選擇性地實施成定位在D0C 98的上游，該噴注器97CN 101952562 A 通過控制線101連接到控制器104，并且通過燃料管線103連接到燃料源117。這使得柴油 機燃料噴注到D0C 98上，允許D0C 98催化在噴注的燃料與流過D0C 98的排氣中存在的氧 氣之間的反應，以便也產生熱量?？蛇x擇地，排放物減少組件90可以構造成不帶有D0C98。在說明性實施例中，顆粒過濾器100的再生可能只用幾分鐘。另外，應該認識到， 顆粒過濾器100的再生一旦由來自燃燒器96的熱量啟動，就可以相應地自行維持。明確地 說，一旦過濾器100被加熱到在其中捕獲的碳黑顆粒開始點燃的溫度，則在其中捕獲的碳 黑顆粒的初始部分的點燃就可按與雪茄從一端緩慢燃燒到另一端幾乎相同的方式來引起 剩余碳黑顆粒的點燃。在本質上，隨著碳黑顆粒“燃燒”，一定的熱量釋放在“燃燒區(qū)”中。 局部地，碳黑層(在燃燒區(qū)中)現(xiàn)在比緊鄰的周圍熱得多。這樣，熱量傳遞到燃燒區(qū)下游的 還未點燃的碳黑層。傳遞的能量可足以引起氧化反應，該氧化反應將未點燃的碳黑升高到 其點燃溫度以上的溫度。由此，可只需要來自燒燃料的燃燒器96的熱量來開始過濾器100 的再生過程(即，開始在其中捕獲的碳黑顆粒的點燃過程)。在其操作期間，燃燒器96接收空氣/燃料混合物，這可通過對燃料噴注器93的控 制和穿過燃燒器96的燃燒空氣進口 36的燃燒空氣的添加而進行控制。如說明性地在圖9 中表示的那樣，燃燒器96通過燃料管線119從燃料源117接收燃料。燃燒器96也接收用 于燃燒的氧氣，該氧氣存在于穿過燃燒器96流動的排氣中。希望的是，避免向燃燒器96供 給過量燃料，這種過量供給發(fā)生在當由于缺乏用于完全氧化的氧氣而使得比可被氧化的燃 料多的燃料供給到燃燒器96的時候。此外，希望的是，將一定量的燃料供給到燃燒器96，從 而在燃燒室中的火焰是穩(wěn)定的。為了確定要供給的適當?shù)娜剂系牧浚员惚苊馊剂线^量供 給并保持火焰穩(wěn)定性，可求出由燃燒器96實際“可用的”氧氣量。由發(fā)動機92產生的排氣通常包含一定量的氧氣，所述一定量的氧氣在燃燒器96 的操作期間向下游供給到燃燒器96。所述的量在理論上可基于正在供給到發(fā)動機92的空 氣和燃料的量的質量流量計算而被確定。換句話說，通過計算在給定操作條件下正在供給 到發(fā)動機的空氣和燃料的量，可在理論上計算在排氣中可得到的殘余空氣的量。這個理論 計算值在本領域中通常被稱作在排氣流中的“可得到氧氣”的量。然而，在實際中，在排氣 中可得到氧氣的這個理論量的全部不會完全地由燃燒器96用于燃燒。由于多種原因，情況 就是這樣。例如，發(fā)動機排氣往往被分層，并且在某些情況下被高度地分層。因此，顯著量 的氧氣可能捕獲在分層的流的層中，由此使它不能由燃燒器96用于燃燒。另外，在排氣中 存在的某些氣體(如CO和C02)吸收由燃燒器96產生的熱量的一部分，由此吸取用于燃燒 所需的能量。在這樣的即時冷卻條件存在的情況下，在排氣中的氧氣可能未被使用。總之， 因為多種不同的原因，在排氣中存在的氧氣不是全部都能由燃燒器96用于氧化。使燃燒器96的燃料供給基于理論量的可得到氧氣的任何燃料供給計算一般將導 致燃料過量供給。因此，這里描述的說明性系統(tǒng)和方法將燃料供給計算基于在排氣中可用 氧氣的經(jīng)驗產生量。因而，對本發(fā)明而言，術語“可用氧氣”是指在發(fā)動機的給定操作條件下 產生的、發(fā)動機排氣中經(jīng)驗產生量的氧氣，該經(jīng)驗產生量的氧氣實際上可由排放物減少組 件的燃燒器使用，這樣一種經(jīng)驗產生量小于在發(fā)動機排氣中的可得到氧氣的理論計算量， 該理論計算量基于在發(fā)動機的相同操作條件下正在供給到發(fā)動機的空氣和燃料的質量流 量計算?；谠谂艢饬髦械目捎醚鯕饬康娜剂瞎┙o計算可用來產生用于燃燒器96的操作 的、具有希望的空氣與燃料比(例如，化學計算比)的空氣/燃料混合物，而不用擔心與基
10于在排氣流中的可得到氧氣的理論計算量的類似燃料供給計算有關的燃料過量供給。相對 于其中在排氣流中的氧氣量被人為地假定成很低以避免燃料過量供給的計算，基于在排氣 流中的可用氧氣量的燃料供給計算也可用來在燃燒器96中產生更穩(wěn)定的火焰。在燃燒器96的操作期間，在排氣中存在的可用氧氣量可能不足以讓燃燒器96產 生用于再生顆粒過濾器100的足夠熱量。然而，來自空氣源112的補充氧氣可按與關于圖 3-5所討論的相類似的方式供給到燃燒器96。空氣源112可以通過各種形式(如空氣泵、 發(fā)動機92的渦輪增壓器或所述公路用載貨汽車的空氣制動系統(tǒng))而被實施。空氣流量傳 感器線114可用來將由空氣源112供給的空氣量并因此氧氣量傳送到控制器104。通常，假 定由空氣源112供給的全部氧氣都由燃燒器96消耗在燃燒中。因而，供給到燃燒器96的 燃料量可基于在排氣中存在的可用氧氣量和從空氣源112可得到的氧氣量而進行控制?？梢源_定在來自發(fā)動機92的排氣中存在的可用氧氣量，以便適當?shù)乜刂迫紵?96的燃料供給。這可在試驗單元中通過跨過操作條件的范圍操作發(fā)動機92和燃燒器96按 經(jīng)驗進行。為此，發(fā)動機92在試驗單元中在給定操作條件下進行操作，并且對于給定操作 條件確定在發(fā)動機排氣中可得到氧氣的理論計算量。來自空氣源112的氧氣也按受控的、 已知量的方式供給到燃燒器96。燃料按基于在排氣中的全部氧氣(即，在排氣中可得到氧 氣的理論計算量和由空氣源112供給的已知量之和)而應該提供的所需的空氣與燃料比 (例如，化學計算比)的量來供給到燃燒器96。氧氣傳感器用來檢測在燃燒器下游的排氣 流中存在的氧氣量。由于假定從空氣源112供給到燃燒器96的氧氣的全部都被消耗，所以 在燃燒器96下游的排氣流中檢測到的氧氣量代表在發(fā)動機排氣中未被消耗的氧氣量(即， 在發(fā)動機排氣中因為一個或另外的原因由燃燒器“不可用”的氧氣量)?！翱捎醚鯕狻绷渴?在燃燒器96上游的排氣中存在的氧氣量與在燃燒器96下游的排氣中檢測到的氧氣量之間 的差。換句話說，“可用氧氣”量是在排氣中的總氧氣量(即，在排氣中可得到氧氣的理論 計算量和從空氣源112供給的已知量之和)與在排氣中的“不可用”氧氣量(即，在燃燒器 96下游的排氣中存在的檢測到的氧氣量)之間的差。應該認識到，這種測量可以跨過發(fā)動機92的操作條件的范圍被重復。例如，可確 定用于各種發(fā)動機速度和負載的可用氧氣量。生成數(shù)據(jù)可用來創(chuàng)建由電子控制器104使用 的發(fā)動機特性曲線圖(engine map)。因而，燃燒器96的燃料供給可基于發(fā)動機特性曲線圖 跨過操作條件的范圍而進行控制。圖10表示說明性控制例行程序200，該控制例行程序200可用來基于在排氣中存 在的可用氧氣量而控制向燃燒器96的燃料供給，以便再生顆粒過濾器100?？刂评谐绦?200可基于各種觸發(fā)事件(像例如將跨過過濾器100的壓力與預定的壓力閾值相比較或預 定時間間隔的到期)而開始。一旦控制例行程序200開始，就執(zhí)行操作202，該操作202如 按以前描述的方式那樣，確定在排氣中存在的可用氧氣量。在操作204中，確定從空氣源 112供給的氧氣量。傳感器線114將這種數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娮涌刂破?04，以便進行處理。這些 量值在操作208中被使用，該操作208基于在操作202和204中計算的氧氣量、根據(jù)允許燃 料供給被連續(xù)地調節(jié)的閉環(huán)控制來調節(jié)供給到燃燒器96的燃料量。控制例行程序200可 根據(jù)由電子控制器104識別的具體完成事件而結束，所述具體完成事件例如是預定條件的 完成或具體操作條件的探測(例如通過壓力傳感器124測量的和通過傳感器線126傳輸?shù)?跨過顆粒過濾器100的基片42的壓力降)。
這種控制策略也可與其它控制方法一起使用，如關于圖11討論的控制方法。就是 說，可用氧氣的確定可用來設置關于要供給到燃燒器的燃料量的上限或最大極限，而在該 極限下操作的同時實施用于控制燃燒器96的另一種控制策略。一種這樣的最大燃料供給 極限可建立在足夠燃料供給到燃燒器96以消耗在排氣中的可用氧氣量以及從空氣源112 提供的量的水平處，該最大燃料供給極限可實施成動態(tài)上限，該動態(tài)上限取決于像例如發(fā) 動機92的操作條件和由空氣源112供給的氧氣量的變量。避免燃燒器96的燃料過量供給的另一種方法是監(jiān)視由燃燒器96產生的熱量的溫 度，這可通過確定由燃燒器96加熱的排氣的溫度而完成。在圖9的說明性實施例中，溫度傳 感器116示出為定位在過濾器100的進口處。溫度傳感器116產生指示進入過濾器100的 排氣的溫度的信號，并且通過傳感器線118傳輸該信號，以便由電子控制器104進行處理。 由燃燒器96產生的熱量的溫度通常隨著正在供給到燃燒器96的燃料的量的增大以及在存 在用于燃燒的足夠氧氣的情況下而升高。然而，如果沒有足夠的氧氣存在，則發(fā)生燃料過量 供給。未燃燒的燃料將吸收熱量，利用熱量用于蒸發(fā)。在能量從加熱的排氣取出的情況下， 沿排氣路徑94流動的排氣的溫度將降低。因而，當供給到燃燒器96的燃料正在增加、但在 過濾器100的進口處的溫度降低時，電子控制器104可確定已經(jīng)發(fā)生燃料過量供給。在這 時，可減少向燃燒器96的燃料供給，這可引起溫度升高。圖11表示說明性控制例行程序300，該控制例行程序300可用來控制燃燒器96， 以避免燃料過量供給的情形。類似于控制例行程序200，控制例行程序300可基于觸發(fā)事 件(如達到預定的閾值或預定的時間發(fā)生)而開始，如本文前面討論的那樣。一旦控制例 行程序300已經(jīng)開始，操作302就可發(fā)生，在該操作302中，在空氣/燃料混合物供給到燃 燒器96的情況下致動燃燒器96。在操作304中，增加供給到燃燒器96的燃料的流量以升 高由燃燒器產生的熱量的溫度，以便達到足以再生過濾器100的溫度。在操作306中，由燃燒器96產生的熱量的溫度通過利用溫度傳感器116和電子控 制器104來確定。熱量溫度的確定可按各種方式進行。例如，在一個說明性實施例中，控制 器104在某一預定量的時間上可通過溫度傳感器116取樣在過濾器100的進口處的溫度。 這些樣本可存儲在存儲裝置108中。然后處理器106可確定溫度是否在預定量的時間范圍正在下降，如在操作308中 執(zhí)行的那樣。換句話說，處理器106在預定量的時間范圍可使溫度呈一定趨勢，以保證正 在發(fā)生的溫度的下降持續(xù)一定長度的時間，該一定長度的時間足夠長，以確定燃料過量供 給正在發(fā)生。如果溫度趨勢指示熱量的溫度不是正在下降，則控制例行程序300執(zhí)行操作 304，并且繼續(xù)增大供給到燃燒器96的燃料的流量，以升高燃燒器的溫度。如果確定溫度正 在下降，則執(zhí)行操作310，該操作310減小供給到燃燒器96的燃料的流量。在延時(未表 示)之后，可再次執(zhí)行操作308，以確定熱量的溫度是否正在下降。在認為再生完成之后，或 者在某種其它條件發(fā)生(如預定時間段的完成)之后，控制例行程序300可結束。在發(fā)動機92的操作期間，控制SCR催化劑102的溫度，以從排氣除去NOx。在一個 說明性實施例中，SCR催化劑102構造成具有200-400攝氏度的操作范圍。沿排氣路徑94 流動的排氣在它到達SCR催化劑102之前可利用燃燒器96而被加熱，這允許排氣將熱量提 供給用于操作的SCR催化劑102。也希望的是，保持SCR催化劑102的溫度免于升高到其操 作范圍的上限以上，以保持其效率。
在SCR催化劑102的使用期間，由于多種原因可能變得難以將SCR催化劑102的 溫度控制在其操作范圍內。一個原因例如可能是，在燃燒器96與SCR催化劑102之間定位 的元件(如D0C 98和過濾器100)可吸收由燃燒器96產生的熱量。因而，在不知道過濾器 100將吸收多少熱量的情況下，SCR催化劑102的溫度控制可能變得不可預測。而且，通常 使用閉環(huán)控制策略，該閉環(huán)控制策略由于元件響應的延遲時間，可能使SCR催化劑溫度范 圍的上限被超出。控制SCR催化劑102的溫度而不考慮實際SCR催化劑溫度的一種方式是，基于正 在提供給燃燒器的燃料的流量來預測將SCR催化劑102加熱到其操作范圍內需要的燃料 量。在一個說明性實施例中，控制策略可以利用到燃燒器96的燃料流量(燃料量)的積分 (integral)來實施。傳感器125和傳感器線136用來檢測到燃燒器96的燃料流量并且將 該燃料流量傳輸?shù)诫娮涌刂破?04，其中，用微處理器106可確定該積分，該處理器106提供 從某一預定的以前的時間點起(如當致動燃燒器時)當前供給到燃燒器96的燃料總量。在另一個說明性實施例中，可以實施其它操作條件，以便預測加熱SCR催化劑所 需要的燃料量。例如，穿過燃燒器96的標準化排氣流量和在燃燒器96進口處排氣的溫度 可以被測量，并且實施為變量。傳感器128構造成檢測穿過燃燒器流動的排氣的流量。傳 感器128將這種數(shù)據(jù)通過傳感器線132傳輸?shù)诫娮涌刂破?04。溫度傳感器130構造成確 定穿過燃燒器96流動的排氣的溫度，并且將這種數(shù)據(jù)通過傳感器線134傳輸?shù)诫娮涌刂破?104。然后這些操作條件可分離地或一起用來預測燃燒器96將需要多少燃料，以便將 熱量供給成達到SCR催化劑102的操作范圍，并且將熱量維持在該范圍內。此外，使用這些 操作條件可以實施各種控制策略，以預測要供給到燃燒器96的燃料量。例如，在一個說明 性實施例中，可以使用模糊邏輯控制策略。這種控制策略根據(jù)采取在0與1之間的連續(xù)值 的邏輯變量來分析模擬輸入值。這允許輸入值具有各種狀態(tài)。所述狀態(tài)可以定義為“隸屬 (membership)函數(shù)”，從而由于輸入變量獲取在一種狀態(tài)中的隸屬，它失去在另一種狀態(tài)中 的隸屬。因而，過渡狀態(tài)不包括從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的離散過渡，而是包括各種程度的 過渡。在這個例子中，供給到燃燒器的燃料量可以是這些變量的一個。如以前討論的那樣， 穿過燃燒器的排氣的流量和穿過燃燒器流動的排氣的溫度也可以是變量。這種模糊邏輯控 制策略編程到控制器104的存儲裝置108中，并且由處理器106執(zhí)行。應該認識到，可以實 施其它控制策略以預測要供給到燃燒器96的燃料量，如Smith預估器策略以及bang-bang 控制器。再參照圖9，溫度傳感器140通過傳感器線142來傳輸SCR催化劑102的溫度。由 傳感器140提供的溫度值可用來與以上描述的控制策略一道形成OR(或)門功能。例如， 在使用基于預測的控制模型的同時，將SCR催化劑102的溫度置于操作范圍中，如果比預測 的更早地到達范圍的上限，則由電子控制器104觀察溫度，并且可停止燃燒器96。圖12表示一個說明性控制例行程序400，該控制例行程序400可用來將SCR催化 劑溫度調節(jié)到在操作溫度范圍內?？刂评谐绦?00可基于某種觸發(fā)事件、預定時間而開 始，或者可在發(fā)動機從“冷起動”開始的任何時間開始。此外，可執(zhí)行控制例行程序400，以 便確定何時接通或切斷燃燒器、或者在操作期間控制燃燒器，如在圖12中說明性地表示的 那樣。一旦開始，說明性控制例行程序400就執(zhí)行操作402，該操作402確定供給到燃燒器
1396的燃料量。然后執(zhí)行操作404，該操作404確定穿過燃燒器96的排氣流量。然后執(zhí)行操 作406，該操作406確定在燃燒器96的進口處的排氣溫度。一旦這種數(shù)據(jù)被收集，就可執(zhí)行操作408，該操作408確定要提供給燃燒器96的預 測的燃料量。如討論的那樣，這種操作可以使用各種控制策略來執(zhí)行，例如模糊邏輯。操作 410包括將預測量的燃料供給到燃燒器96。燃燒器96的操作可以按這種方式控制一定時 間段，直到預測量的燃料已經(jīng)提供給燃燒器。一旦這個操作時間段完成，控制例行程序400 就可結束。在燃燒器96的操作期間，電極28、30的表面可由于其上的碳黑或其它物質的積累 而變得淤塞。碳黑/物質積累可造成燃燒器不能點燃。一旦已經(jīng)確定燃燒器96要被關閉直 到進一步的使用，正在供給到燃燒器的空氣/燃料混合物就可調節(jié)成燃燒在電極28、30上 積累的任何碳黑或其它物質。正在供給到燃燒器96的燃料，如有必要則可減少，以便試圖 迫使空氣/燃料混合物達到比化學計算比大的比值。提供比化學計算比或較小(lean)的 空氣與燃料比大的空氣與燃料比將升高電極周圍的溫度，以提供允許在電極28、30的表面 上的各種物質燃燒的足夠熱的環(huán)境。在燃燒器的操作期間，電極28、30正在被恒定地操作， 以便維持在燃燒器96內的火焰。因而，產生火花提供較少空氣/燃料混合物的點燃，這將 燒掉碳黑。如果燃燒器96的燃料供給不能控制成實現(xiàn)比化學計算的空氣/燃料混合物大 的空氣/燃料混合物，則可使用空氣源112，以便增大空氣/燃料混合物的空氣與燃料比。圖13表示說明性控制例行程序500，該控制例行程序500可由電子控制器104執(zhí) 行，以燃燒在電極28、30上積累的物質。操作502確定是否已經(jīng)提出關閉請求。如果是，則 控制例行程序500執(zhí)行操作504，該操作504確定正在供給到燃燒器96的空氣/燃料混合 物的空氣與燃料比。在確定空氣與燃料比之后，如果要求調節(jié)，則執(zhí)行操作506，該操作506 調節(jié)正在供給到燃燒器的空氣/燃料混合物的空氣與燃料比。如果空氣與燃料比要求調節(jié) 到比化學計算比大，則可通過減少正在供給到燃燒器96的燃料量和/或通過從空氣源112 供給氧氣來進行調節(jié)。在調節(jié)之后，或者如果沒有必要，則執(zhí)行操作508，該操作508將燃燒器96操作預 定量的時間，允許碳黑或其它物質從產生火花的電極28、30的表面燒掉。應該認識到，增大 空氣與燃料比可以使在燃燒室內的火焰物理地運動，從而它向電極28、30運動，這可燃燒 在電極表面上積累的碳黑或其它物質。在預定量的時間已經(jīng)過去之后，執(zhí)行操作510以關 閉燃燒器96，這可通過使用電子控制器104進行。盡管本發(fā)明容許各種修改和可選擇形式，但其特定示范性實施例借助實例已經(jīng)在 附圖中表示，并且已經(jīng)在本文中詳細地描述。然而，應該理解，不旨在將本發(fā)明限于所公開 的具體形式，而是相反，旨在覆蓋落在本發(fā)明的精神和范圍內的全部修改、等效物以及可選 擇的形式。本文描述的設備、系統(tǒng)以及方法的各種特征帶來本發(fā)明的多個優(yōu)點。將注意到，本 發(fā)明的設備、系統(tǒng)以及方法的可選擇實施例可以不包括所描述的全部特征，而仍然從這樣 的特征的至少一些優(yōu)點受益。本領域的技術人員可以容易地設計他們自己的設備、系統(tǒng)以 及方法的實施方式，這些實施方式包括本發(fā)明的特征中的一個或多個，并且落在本發(fā)明的 精神和范圍內。例如，應該認識到，可以改變本文描述的控制例行程序的多個步驟的順序。另外，控制例行程序的多個步驟可以彼此并行地執(zhí)行。
權利要求
一種操作排放物減少組件的燒燃料的燃燒器的方法，所述方法包括(a)探測燃燒器關閉請求；(b)響應燃燒器關閉請求而將正在供給到燃燒器的空氣/燃料混合物的空氣與燃料比調節(jié)到比化學計算比大的比值；(c)響應燃燒器關閉請求，在預定量的時間使在步驟(b)中的調節(jié)過的空氣/燃料混合物前進到燃燒器的電極組件；及(d)在所述預定量的時間已經(jīng)過去之后，關閉燃燒器。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，步驟(c)包括激勵電極組件，以燃燒在其上積 累的物質。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中電極組件包括第一電極和第二電極，該第一電極和第二電極彼此間隔開以限定間隙，并且激勵電極組件的步驟包括將電能施加到第一電極和第二電極中的至少一個上以在間 隙中產生火花的步驟。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，步驟(c)包括使調節(jié)過的空氣/燃料混合物前 進到燃燒器的火焰，以燃燒在電極組件上積累的碳黑。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，步驟(b)還包括使燃燒器的火焰向電極組件運動。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，步驟(b)包括將氧氣供給到排氣中，以將空氣/ 燃料混合物的空氣與燃料比調節(jié)到比化學計算比大的比值。
7.一種用于內燃機的排放物減少組件，包括 顆粒過濾器；定位在顆粒過濾器的上游的燒燃料的燃燒器，燒燃料的燃燒器具有電極組件； 電子控制的燃料輸送組件，該電子控制的燃料輸送組件能夠操作成將燃料輸送到燒燃 料的燃燒器；及控制器，該控制器電聯(lián)接到燒燃料的燃燒器，該控制器包括(i)處理器，和(ii)電聯(lián)接 到處理器上的存儲裝置，存儲裝置具有在其中存儲的多條指令，這些指令在被處理器執(zhí)行 時使得處理器探測燃燒器關閉請求；響應燃燒器關閉請求而將電子控制的燃料輸送組件操作預定量時間，以將正在供給到 燒燃料的燃燒器的電極組件的空氣/燃料混合物的空氣與燃料比調節(jié)到比化學計算比大 的比值；及在預定量的時間已經(jīng)過去之后，關閉燒燃料的燃燒器。
8.根據(jù)權利要求7所述的排放物減少組件，其中電極組件包括第一電極和第二電極，該第一電極和第二電極彼此間隔開以限定間隙，以及所述多條指令在被處理器執(zhí)行時還使得處理器在預定量的時間已經(jīng)過去之后使向第 一電極和第二電極的供電停止。
9.根據(jù)權利要求7所述的排放物減少組件，還包括氧氣源，其中，控制器電聯(lián)接到氧氣源上，其中所述多條指令在被處理器執(zhí)行時還使得處理器操作氧氣源而供給氧氣，以調節(jié) 正在供給到燒燃料的燃燒器的電極組件的空氣/燃料混合物的空氣與燃料比的比值。
10.根據(jù)權利要求9所述的排放物減少組件，其中，氧氣源包括空氣泵。
11.根據(jù)權利要求9所述的排放物減少組件，其中，氧氣源包括渦輪增壓器。
12.根據(jù)權利要求7所述的排放物減少組件，其中，所述多條指令在被處理器執(zhí)行時還 使得處理器操作電子控制的燃料輸送組件，以將正在供給到燒燃料的燃燒器的電極組件的 空氣/燃料混合物的空氣與燃料比調節(jié)到比化學計算比大的比值，從而使燒燃料的燃燒器 的火焰向電極組件運動。
全文摘要
一種用來操作排放物減少組件的燒燃料的燃燒器的方法和設備，包括探測燃燒器關閉請求；響應燃燒器關閉請求而將正在供給到燃燒器的空氣/燃料混合物的空氣與燃料比調節(jié)到比化學計算比大的比值。該方法還包括響應燃燒器關閉請求而在預定量的時間使調節(jié)過的空氣/燃料混合物前進到燃燒器的電極組件。在預定量的時間已經(jīng)過去之后，關閉燃燒器。
文檔編號F01N3/00GK101952562SQ200880124773
公開日2011年1月19日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權日2008年1月15日
發(fā)明者小S·N·克蘭 申請人:埃姆康技術有限責任公司