可變廢氣后處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可變廢氣后處理系統(tǒng)。公開了系統(tǒng)和方法，其基于催化設(shè)備內(nèi)的溫度分布，調(diào)節(jié)引入催化設(shè)備的上游的發(fā)動機排氣中的還原劑的錐角。在一個具體的實例中，描述了包括可調(diào)節(jié)的活塞的計量裝置，其調(diào)節(jié)進一步控制從其輸送的反應(yīng)流體的分布和量。這樣，可基于廢氣系統(tǒng)內(nèi)占主導(dǎo)的條件，控制流體流動形狀，以實現(xiàn)更理想的廢氣轉(zhuǎn)化。
【專利說明】可變廢氣后處理系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉參考
[0002]本申請要求2012年6月15日提交的德國專利申請102012210115.2的優(yōu)先權(quán)，為了所有的目的將其全部內(nèi)容通過弓I用并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本說明書涉及廢氣后處理系統(tǒng)，和用于調(diào)節(jié)其中還原劑流動的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]為了將污染物排放減少到預(yù)先限定的限制之下和遵守越來越嚴格的環(huán)境保護要求，由內(nèi)燃機產(chǎn)生的廢氣可經(jīng)歷后處理措施。例如，在應(yīng)用點火的發(fā)動機中，使用催化反應(yīng)器，其通過使用催化材料增加某些反應(yīng)的速率，從而確保碳氫化合物(HC)和一氧化碳(CO)的氧化。為了氧化未燃燒的碳氫化合物和一氧化碳，特別地在廢氣流中提供氧化催化轉(zhuǎn)化器。
[0005]在利用過量空氣操作的內(nèi)燃機的情形中，例如，直接噴射柴油機或直接噴射應(yīng)用點火的發(fā)動機，在沒有添加還原劑的情況下，不能還原廢氣中的氮氧化物(NOx)。在選擇性地起作用的催化轉(zhuǎn)化器上，或選擇性的催化還原(SCR)催化轉(zhuǎn)化器上，例如，可利用含有氨的還原劑作為反應(yīng)流體，進行NOx排放物的還原以形成氮氣(N2)和水(H20)。這里，術(shù)語“選擇性的”意味著，盡管存在分子氧和在某些情形存在其他化學(xué)種類(例如，HC)，引入的還原劑優(yōu)先與NOx反應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明人已經(jīng)認識到，如在城市交通中占主導(dǎo)的低廢氣溫度下達到充分的廢氣轉(zhuǎn)化可能是困難的。發(fā)明人通過開發(fā)包括計量裝置的廢氣后處理系統(tǒng)解決了這些問題，其中所述計量裝置具有可調(diào)節(jié)的活塞，其調(diào)節(jié)進一步控制從其輸送的反應(yīng)流體的分布和量。在一個具體的實例中，可基于催化設(shè)備內(nèi)的溫度分布，調(diào)節(jié)引入催化設(shè)備上游的發(fā)動機排氣中的噴射還原劑的錐角(cone angle)。在另一個實例中，根據(jù)本公開的排氣系統(tǒng)，描述了用于調(diào)節(jié)還原劑的流動的方法，其包括響應(yīng)排氣管道中布置的催化轉(zhuǎn)化器的溫度分布，調(diào)節(jié)位于催化轉(zhuǎn)化器上游的進料設(shè)備，以便調(diào)節(jié)來自其的流體的供應(yīng)，和通過調(diào)節(jié)進料設(shè)備內(nèi)活塞的位置和形狀，控制供應(yīng)的流體的分布和量。這樣，實現(xiàn)技術(shù)效果，其中可基于廢氣系統(tǒng)內(nèi)占主導(dǎo)的條件控制流體流動形狀，以便實現(xiàn)更加理想的廢氣轉(zhuǎn)化。
[0007]當單獨和結(jié)合附圖時，從下述【具體實施方式】中，本說明書的上述優(yōu)勢和其他優(yōu)勢以及特征將顯而易見。應(yīng)該理解，提供上述的
【發(fā)明內(nèi)容】
，以便以簡化形式介紹進一步在【具體實施方式】中描述的概念的選擇。這不表示指出了所要求保護主題的關(guān)鍵的或本質(zhì)的特征，主題范圍唯一地通過權(quán)利要求書限定。此外，所要求保護的主題不限于解決上面或本公開任何部分敘述的任何劣勢的實施方式?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0008]當單獨或參考附圖時，通過閱讀本文稱為【具體實施方式】的實施方式的實例，將更全面地理解本文所述的優(yōu)勢，其中:
[0009]圖1顯示根據(jù)本公開的示例性廢氣后處理系統(tǒng)；
[0010]圖2A-C顯示圖1的廢氣后處理系統(tǒng)基于活塞位置的各種操作狀態(tài)；
[0011]圖3A-B顯示圖2A廢氣后處理系統(tǒng)基于可延伸流動活門(extendable flowflaps)的兩種不同的示例性操作狀態(tài)；
[0012]圖4是基于催化轉(zhuǎn)化器溫度分布調(diào)節(jié)還原劑流動的示例性流程圖。
【具體實施方式】
[0013]本公開的廢氣后處理系統(tǒng)可基于下游的催化轉(zhuǎn)化器的溫度分布調(diào)節(jié)還原劑流動的分布和量。因此，公開了示例性實施方式，其描述響應(yīng)溫度分布調(diào)節(jié)流動的分布和量的方式?；谔峁┑氖纠詫嵤┓绞?，參考附圖，詳細地描述了該系統(tǒng)。
[0014]通過示意圖，圖1根據(jù)本公開圖解了用于廢氣的廢氣后處理的排氣系統(tǒng)10的第一示例性實施方式。排氣系統(tǒng)10包括連接到產(chǎn)生廢氣的內(nèi)燃機14上的導(dǎo)氣管(guide duct)12。從內(nèi)燃機14引導(dǎo)廢氣，用于通過同樣地布置在導(dǎo)氣管12中的催化轉(zhuǎn)化器16后處理。位于催化轉(zhuǎn)化器16的上游，布置具有出口孔20的進料設(shè)備18，其用于將與廢氣反應(yīng)的流體進料至導(dǎo)管。即，通過進料設(shè)備，將可與廢氣反應(yīng)的反應(yīng)流體22引入導(dǎo)氣管12。因此，廢氣和反應(yīng)流體22 二者沖擊催化轉(zhuǎn)化器16的入口端面24，通過入口端面24它們隨后進入催化轉(zhuǎn)化器16。
[0015]進料設(shè)備18包括連接到存儲反應(yīng)流體22的容器28的管線26。在管線26中，布置輸送設(shè)備30，通過該輸送設(shè)備30，可將反應(yīng)流體22輸送到出口孔20。進料設(shè)備18具有計量裝置32，通過其可改變引入導(dǎo)氣管12的反應(yīng)流體22的量和輸送至入口端面24的量的分布，如下面更詳細地解釋。在圖解的實施例中，計量裝置32具有形成為活塞36的示例性主體34，其可沿著進料設(shè)備18的縱軸L移動。其中提供用于安裝和移動活塞36的軸承和驅(qū)動裝置38。
[0016]關(guān)于計量裝置，在一個實施方式中，計量裝置具有用于輸送反應(yīng)流體的輸送設(shè)備。輸送設(shè)備用于提供足夠量的反應(yīng)流體，從而既不會有太少也不會太多的反應(yīng)流體沖擊催化轉(zhuǎn)化器。例如，太少的反應(yīng)流體的量導(dǎo)致不完全的轉(zhuǎn)化，然而太大的量引起反應(yīng)流體的損失(slippage)，其從而未改變地流動通過催化轉(zhuǎn)化器，并且可產(chǎn)生令人不悅的氣味，尤其是，如果將氨(NH3)用作反應(yīng)流體。此外，輸送設(shè)備可以在高壓將反應(yīng)流體引入導(dǎo)氣管，其中更高的壓力產(chǎn)生更精細分布的反應(yīng)流體，其可增強廢氣混合以增強NOx轉(zhuǎn)化。
[0017]在圖1的示例性實施方式中，根據(jù)本公開的排氣系統(tǒng)10配置為用于還原NOx，如在直接噴射應(yīng)用點火的發(fā)動機或柴油機中產(chǎn)生的。這樣，催化轉(zhuǎn)化器16形成為SCR催化轉(zhuǎn)化器40,并且反應(yīng)流體22是還原劑42,如氨或尿素。
[0018]排氣系統(tǒng)10進一步包括許多傳感器44，通過其可記錄與廢氣的廢氣后處理有關(guān)的數(shù)據(jù)。具體地，第一氮氧化物傳感器46和第二氮氧化物傳感器48布置在導(dǎo)氣管12中，其中第一氮氧化物傳感器46位于SCR催化轉(zhuǎn)化器40的上游，和第二氮氧化物傳感器48位于SCR催化轉(zhuǎn)化器40的下游。NOx傳感器46和48可在導(dǎo)氣管12內(nèi)它們的安裝位置記錄氮氧化物濃度。所述傳感器可另外配置為便于記錄安裝位置的廢氣溫度。此外，在容器28中布置試劑傳感器50，通過其，例如可確定反應(yīng)流體22的裝填水平(fill level)和/或溫度。盡管其中未顯示，仍然也可提供其他傳感器，例如，測定內(nèi)燃機14輸出的功率的功率傳感器。這樣，可通過控制單元52處理測定的數(shù)據(jù)?？赏ㄟ^如圖解的電纜54進行傳感器44和控制單元52之間的數(shù)據(jù)傳輸，或可無線地進行該數(shù)據(jù)傳輸。
[0019]在一種配置中，根據(jù)本公開的排氣系統(tǒng)包括許多傳感器，其記錄與廢氣的后處理有關(guān)的數(shù)據(jù)，其可通過控制單元52處理?？蓪⒖刂茊卧?2連接到一個或更多個傳感器，用于處理和記錄與廢氣有關(guān)的數(shù)據(jù)，其中控制單元進一步利用測量的數(shù)據(jù)確定催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的溫度分布，并且基于數(shù)據(jù)致動計量裝置。如上述，傳感器可例如確定內(nèi)燃機的功率輸出，可將其分配給系統(tǒng)的操作時間。從這樣的測量，例如，通過與特性曲線圖(characteri st i cmap)的比較，可能確定催化轉(zhuǎn)化器中的溫度分布。接著，關(guān)于溫度分布的信息可用于致動計量裝置，用于還原劑的最佳輸送。此外，溫度傳感器可用于測量催化轉(zhuǎn)化器上游的廢氣溫度和反應(yīng)流體的溫度，并且這些同樣可提供用于致動計量裝置的信息。此外，NOx傳感器可設(shè)置在SCR催化轉(zhuǎn)化器的上游和下游。這樣，可能確定NOx轉(zhuǎn)化的程度，并因此利用反饋調(diào)節(jié)計量裝置。進一步的方面是，可基于目前占主導(dǎo)的條件，適應(yīng)輸送設(shè)備提供的輸送壓力，因為輸送壓力對轉(zhuǎn)化的程度有影響。因此，根據(jù)本公開，可基于目前占主導(dǎo)的條件調(diào)節(jié)計量裝置，以便最佳化轉(zhuǎn)化廢氣。
[0020]控制器52可以是微計算機，其包括微處理器單元、輸入/輸出端口、用于在只讀存儲器(ROM)芯片、隨機存取存儲器(RAM)、?；畲鎯ζ?KAM)上存儲可執(zhí)行的程序和校準值的電子存儲介質(zhì)，和數(shù)據(jù)總線?？衫糜嬎銠C可讀數(shù)據(jù)編程存儲介質(zhì)只讀存儲器，所述計算機可讀數(shù)據(jù)表示可通過處理器執(zhí)行的用于執(zhí)行本文描述的方法以及預(yù)期的但是沒有具體列出的其他變型的指令。除了先前討論的那些信號之外，控制器52可從連接到排氣系統(tǒng)10上的傳感器接收各種信號，其包含來自空氣質(zhì)量流量傳感器的引入的空氣質(zhì)量流量(MAF)的測量；來自濕度傳感器的相對濕度(RH);來自連接到冷卻套管上的溫度傳感器的發(fā)動機冷卻液溫度(ECT);來自連接到曲軸上的霍爾效應(yīng)傳感器(或其他類型)的表面點火感測信號(PIP);來自節(jié)氣門位置傳感器的節(jié)氣門位置(TP);和歧管空氣絕對壓力信號(MAP)?？赏ㄟ^控制器52，從信號PIP產(chǎn)生發(fā)動機速度信號，RPM。此外，也可基于信號PIP識別曲軸位置以及曲軸加速度和曲軸擺動。來自歧管壓力傳感器的歧管空氣壓力信號MAP可用于提供進氣歧管中真空或壓力的指示。此外，如本文所述，例如，可基于其他操作參數(shù)，如基于MAF和RPM，估算歧管壓力。
[0021]控制單元52確保最佳地操作排氣系統(tǒng)10。為了此目的，控制單元52評估從各種傳感器收集的數(shù)據(jù)，并且控制計量裝置32，具體地，通過將就進一步圖解排氣系統(tǒng)10的圖2A-C更詳細闡釋的方式控制軸承和驅(qū)動裝置38。基于從傳感器收集的數(shù)據(jù)，有可能得出關(guān)于催化轉(zhuǎn)化器16中的溫度分布的結(jié)論。這里，為了簡單，示意圖顯示垂直于縱軸L形成的溫度梯度。
[0022]關(guān)于圖2A，示出了第一區(qū)域56和第二區(qū)域58，其中第一區(qū)域56圖解其中溫度低于點火溫度的區(qū)域，和第二區(qū)域58是其中溫度高于點火溫度的區(qū)域。例如，當迅速地減少內(nèi)燃機14的功率輸出時，可出現(xiàn)這樣的溫度分布。作為響應(yīng)，催化轉(zhuǎn)化器16在縱軸L的區(qū)域中比周圍更迅速地冷卻。[0023]通過導(dǎo)氣管12引導(dǎo)發(fā)動機操作期間產(chǎn)生的廢氣，其中，它們沖擊催化轉(zhuǎn)化器16的入口端面24。此外，通過進料設(shè)備18，將反應(yīng)流體22引入至催化轉(zhuǎn)化器16上游的導(dǎo)氣管
12。在它們沖擊催化轉(zhuǎn)化器16的入口端面24之前，混合反應(yīng)流體22和廢氣。因此，可任選地包括混合器。在催化轉(zhuǎn)化器16中，廢氣與反應(yīng)流體22 (例如，尿素或氨)反應(yīng)，以形成期望的產(chǎn)物。在現(xiàn)代的SCR還原方法中，氨可被用作還原劑，其中直接的物質(zhì)、前體物質(zhì)或可逆的存儲物質(zhì)可進一步被用作氨載體。氨直接的物質(zhì)包含氨氣或氨水溶液，其可直接進料至廢氣流。前體化合物則可通過熱分解和水解釋放氨，所述前體化合物包括尿素、氨基甲酸銨、三聚氰酸和甲酸銨，在某些情形中可使用固體形式和在其他情形中可使用水溶液形式的前體化合物，其中在尿素的情形中兩種形式都是常見的。例如，在SCR催化轉(zhuǎn)化器40中，利用作為反應(yīng)流體22的氨和氧,轉(zhuǎn)化NOx，以形成元素氮和水,其接著離開SCR催化轉(zhuǎn)化器40的下游的導(dǎo)氣管12，排放到大氣中。上述列出的物質(zhì)不是限制性的并且提供為例子。具體地，物質(zhì)未構(gòu)成反應(yīng)流體的窮盡性清單。
[0024]為了實現(xiàn)充分的轉(zhuǎn)化，需要廢氣后處理系統(tǒng)的一定操作溫度。催化轉(zhuǎn)化器的所謂的點火溫度可以是120°C至250°C?？梢罁?jù)廢氣溫度和反應(yīng)流體的溫度等確定操作溫度。廢氣溫度又依賴于內(nèi)燃機的功率輸出等。為了確保在低的廢氣溫度下轉(zhuǎn)化不會太大程度地減少，可在SCR催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)存儲反應(yīng)流體，或還原劑。因此，例如，利用作為溫度的函數(shù)可逆地結(jié)合氨的NH3存儲物質(zhì)。例如，具體的金屬氨儲存物是已知的，例如，MgCl2、CaCl2和SrCl2,其分別以MgCl2 (NH3) x、CaCl2 (NH3) x或SrCl2 (NH3) x形式的絡(luò)合物化合物貯藏氨。這樣，通過提供熱量，絡(luò)合的氨可從所述化合物釋放。
[0025]在一個實施方式中，催化轉(zhuǎn)化器形成為SCR催化轉(zhuǎn)化器，用于使用作為還原劑的反應(yīng)流體選擇性催化還原廢氣。然而，SCR催化轉(zhuǎn)化器的溫度可用于增加NOx的轉(zhuǎn)化程度。此外，直接噴射應(yīng)用點火的發(fā)動機和柴油機的特征是低燃料消耗量，其導(dǎo)致礦物油儲藏的資源節(jié)約型利用，和有助于減少CO2排放。因此，特別關(guān)注的是減少NOx排放和CO2輸出。在這個實施方式中，充分地減少NOx排放。
[0026]為了確保廢氣和還原劑之間的充分混合，不管還原劑存儲在催化轉(zhuǎn)化器中或在催化轉(zhuǎn)化器的上游添加，可蒸發(fā)還原劑。這樣，在大約120至170°C獲得充分的混合和因此充分的轉(zhuǎn)化。然而，在柴油機的情形中，城市交通中的廢氣溫度可很少超過100°C。因此，盡管上述簡單地提及的對策，為了獲得最佳的排氣轉(zhuǎn)化，需要其他措施。
[0027]鑒于上述，本文描述的進料設(shè)備包括計量裝置，用于控制沖擊催化轉(zhuǎn)化器16的入口端面的反應(yīng)流體的分布和量?？梢韵率龇绞綄⒎磻?yīng)流體引入到導(dǎo)氣管，其中反應(yīng)流體主要在其中催化轉(zhuǎn)化器處于更高溫度的那些區(qū)域中沖擊入口端面。例如，催化轉(zhuǎn)化器的入口端面通常是具有非均勻溫度分布的圓形。另外，溫度分布可依賴于內(nèi)燃機的功率輸出，從而端面的中心點周圍占主導(dǎo)的溫度不同于周圍，或端面的外圍部分的溫度。為了簡單起見，本文顯示的溫度分布沿著催化轉(zhuǎn)化器的長度延伸。
[0028]可選地，當剛剛啟動內(nèi)燃機時，催化轉(zhuǎn)化器首先在中心加熱，而周圍的溫度的增加更慢些。因此，通過根據(jù)本公開的計量裝置，可能將反應(yīng)流體供應(yīng)給進料管，從而最大量沖擊催化轉(zhuǎn)化器處在相對高溫的入口端面的中心部分。這樣，在與廢氣的反應(yīng)期間，轉(zhuǎn)化大多數(shù)的反應(yīng)流體，并且為占主導(dǎo)的條件獲得最佳的轉(zhuǎn)化。此外，充分地阻止了反應(yīng)流體的損失，所述損失指的是反應(yīng)流體經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化器而沒有與廢氣反應(yīng)。[0029]在圖2A-C中，通過P表示的線近似地圖解出口孔20和入口端一側(cè)之間的大多數(shù)反應(yīng)流體22遵循的示例性流動路徑。在排氣系統(tǒng)10的旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)的情形中，在一個實施例中，所述線可形成截錐體，其中大多數(shù)的反應(yīng)流體22在進料設(shè)備18和催化轉(zhuǎn)化器16的入口端面24之間流動。在另一個實施例中，流動可形成圓柱形形狀。
[0030]萬一功率輸出突然減少，催化轉(zhuǎn)化器在入口端面的中心點周圍或沿著縱軸，比在外圍周長上可更大程度的冷卻。因此，圖2A顯示，可調(diào)節(jié)計量裝置，從而反應(yīng)流體沖擊催化轉(zhuǎn)化器的溫度足夠高的靠近外周的外面區(qū)域中的入口端面。盡管為了簡單起見，將形狀描述為截錐體，但是在某些實例中，部分的流體流動也可存在于截錐體的外面。然而，仍然可將形狀描述為截錐體。此外，顯示相對于截錐體的側(cè)面的出口角度α，大多數(shù)的反應(yīng)流體22以所述出口角度離開出口孔20。所述出口角度描述相對于縱軸L的角，大多數(shù)反應(yīng)流體22以所述出口角度離開計量裝置32。如圖2Α的實施例中顯示的，在某些實施方式中，操作計量裝置32，從而設(shè)置出口角度α，在所述出口角度α，反應(yīng)流體22主要在催化轉(zhuǎn)化器16的相對溫暖的第二區(qū)域58中沖擊入口端面24，其中第二區(qū)域58的溫度高于起燃溫度。與相對冷的第一區(qū)域56相比，在第二區(qū)域58中發(fā)生更大程度的轉(zhuǎn)化。為了這個目的，活塞36一直延伸到出口孔20。另外，在縱軸L的附近、緊接活塞的下游，可形成盲區(qū)，只有少量的反應(yīng)流體22位于盲區(qū)中。在某些實例中，盲區(qū)可一直延伸到入口端面24，從而只有非常少量的反應(yīng)流體22和廢氣沖擊在冷的第一區(qū)域56。
[0031]相比之下，圖2Β圖解其中催化轉(zhuǎn)化器16在第一區(qū)域56中的溫度比在第二區(qū)域58中溫度高的實施方式。當剛剛啟動內(nèi)燃機14時，可出現(xiàn)這樣的溫度分布。在這個情形中，催化轉(zhuǎn)化器16可徑向從內(nèi)向外變熱。為了確保反應(yīng)流體22基本上在相對溫暖的第一區(qū)域56中沖擊入口端面24，可操作計量裝置32，從而產(chǎn)生小的出口角度α。因此，在圖2Β中，顯示了基本上等于零的所述出口角度α，從而大多數(shù)反應(yīng)流體22位于圓柱體內(nèi)，而不是截錐體內(nèi)。因此，只有少部分的反應(yīng)流體22沖擊在相對冷的第二區(qū)域上。
[0032]圖2C圖解另一實施例，其中催化轉(zhuǎn)化器16的全部入口端面24的溫度高于起燃溫度。這樣，第一和第二區(qū)域之間不存在溫差。在內(nèi)燃機14的長期連續(xù)操作之后，出現(xiàn)這樣的狀態(tài)。在連續(xù)的操作中，即，當在相對長的時間段內(nèi)，內(nèi)燃機的功率輸出基本上不變時，例如，在高速公路駕駛期間，可減少催化轉(zhuǎn)化器入口端面上的溫度梯度。這樣，足夠用于轉(zhuǎn)化的溫度熱遍布地占主導(dǎo)。因此，整個催化轉(zhuǎn)化器16可用于充分的轉(zhuǎn)化，并且可設(shè)置比圖2Α中大的出口角度α。為了該目的，相對于圖2Β顯示的狀態(tài)，稍微更朝向出口孔20放置活塞36，但是不用遠到圖2Α顯示的位置。這個相對于圖2Α-Β顯示的實施例的中間活塞放置的結(jié)果是盲區(qū)未一直延伸到催化轉(zhuǎn)化器16，并因此反應(yīng)流體22和廢氣可均勻地沖擊整個入口端面24。這是有利的，因為，在催化轉(zhuǎn)化器的操作期間，可形成沉積物，其降低催化轉(zhuǎn)化器的功能，該沉積物可在再生工藝中燃燒。如果將反應(yīng)流體均勻地應(yīng)用于入口端面，阻止了在再生工藝中不能完全去除的太厚層的形成。因此，可以更高的效率操作催化轉(zhuǎn)化器。
[0033]將氣態(tài)形式或精細地霧化形式的反應(yīng)流體引入導(dǎo)氣管。在一個有利的實施方式中，計量裝置具有主體，其位置和/或形狀可變，其可被調(diào)節(jié)，以改變反應(yīng)流體離開計量裝置的出口角度。因此，進料設(shè)備中的流動條件決定反應(yīng)流體離開計量裝置的出口角度，并且決定反應(yīng)流體和廢氣沖擊入口端面的方式。因此,通過可變的主體,可以有目的的方式改變流動條件和出口角度。因為計量裝置具有反應(yīng)流體離開通過的出口孔，在一些實施方式中，主體可越過出口孔突出到供給導(dǎo)管中，并且因此打開環(huán)形間隙。然而，也可將所述主體完全地放置在計量裝置內(nèi)，并且與出口孔具有某些間隔，從而主體不延伸穿過出口孔。如此，可依賴于主體的位置改變流動條件，主體的位置對出口角度和反應(yīng)流體以已經(jīng)描述了的方式?jīng)_擊入口端面的區(qū)域有影響。然而，可通過主體形狀的改變并因而通過流動阻力的改變進一步影響流動條件，借此也可能控制出口角度和沖擊入口端面的反應(yīng)流體的量的分布。在本文描述的實施例中，顯示了主體形成為可沿著進料設(shè)備的縱軸移動的活塞，其是生產(chǎn)上結(jié)構(gòu)簡單的設(shè)備。因此，用于操作活塞的驅(qū)動裝置不是非常復(fù)雜，并且可由液壓控制或氣動控制操作驅(qū)動裝置，借此其非?？煽康剡\轉(zhuǎn)。
[0034]在第二實施方式中，活塞36具有用于改變活塞體的流動阻力和出口角度的可延伸流動活門。可在兩個末端位置之間，以連續(xù)地可變的方式調(diào)節(jié)所述可延伸流動活門。這樣，可延伸流動活門類似于傘形，因為，在第一末端位置中提供最小的流動阻力，在第二末端位置中提供最大的流動阻力。因為流動阻力也對出口角度有影響，因此，可以結(jié)構(gòu)上可靠的方式改變反應(yīng)流體沖擊入口端面的區(qū)域。
[0035]在圖3A和3B中，顯示了計量裝置32的第二實施方式的兩個實施例。通過與第一實施方式相比，第二主體的計量裝置32具有主體34，就其位置而言不可移動，但是其可改變它的形狀，為了該目的，所述主體34具有可延伸流動活門60。盡管此處為了簡單起見，顯示了單獨地操作的位置和形狀的示例性配置，但是在一些實施例中，可共同調(diào)節(jié)兩個變量，以改變流體流動的分布和量。在圖3A中比在圖3B中可延伸流動活門60更進一步的延伸，借此，響應(yīng)本文示意性地圖解的可延伸流動活門的長度，同樣改變出口角度a。這樣，以類似于上述關(guān)于圖2A-C描述的分布的方式，改變流體流動的分布。
[0036]轉(zhuǎn)向方法的控制，圖4顯示基于催化轉(zhuǎn)化器溫度分布，調(diào)節(jié)反應(yīng)流體流動的方法400的示例性流程圖。通常，廢氣系統(tǒng)可通過導(dǎo)氣管12，從內(nèi)燃機通過裝置引導(dǎo)廢氣，其中廢氣通過其中布置的催化轉(zhuǎn)化器經(jīng)受后處理。如上述，催化轉(zhuǎn)化器具有入口端面，隨著廢氣流動它們沖擊入口端面并且通過所述入口端面進入催化轉(zhuǎn)化器。另外，通過包括的進料設(shè)備，可在催化轉(zhuǎn)化器的上游的導(dǎo)氣管中，供應(yīng)與廢氣反應(yīng)的反應(yīng)流體。盡管本文描述了利用還原劑還原NOx的系統(tǒng)，但是在一些實施方式中，還原流體也可能是氧化劑，例如，以氧化未燃燒的碳氫化合物。從進料設(shè)備輸送的反應(yīng)流體進一步?jīng)_擊催化轉(zhuǎn)化器的入口端面，并且隨后和廢氣一起進入催化轉(zhuǎn)化器。因此，方法包括通過在催化轉(zhuǎn)化器上游進料設(shè)備中布置的計量裝置，控制沖擊入口端面的反應(yīng)流體的量的分布。
[0037]在402上，方法400包括監(jiān)測排氣系統(tǒng)10內(nèi)的傳感器。根據(jù)本公開的排氣系統(tǒng)包括許多用于探測和記錄與廢氣的廢氣后處理有關(guān)的各種數(shù)據(jù)的傳感器。例如，溫度傳感器可用于測量催化轉(zhuǎn)化器上游的廢氣溫度和反應(yīng)流體的溫度，其可提供用于致動計量裝置的信息。此外，在某些實施方式中，NOx傳感器可設(shè)置在SCR催化轉(zhuǎn)化器的上游和下游。這樣，可能確定NOx轉(zhuǎn)化的程度，并且因此，利用反饋調(diào)節(jié)計量裝置。盡管顯示了催化劑的上游和下游的NOx傳感器，但是在一些實施方式中，可省略上游和/或下游NOx傳感器，例如，因為利用模型和來自一個或更多個其他傳感器的數(shù)據(jù)估計NOx濃度。
[0038]基于來自排氣系統(tǒng)10內(nèi)的一個或更多個傳感器的數(shù)據(jù)，在404，方法400包括確定催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的溫度分布。例如，可通過控制單元52收集和處理傳感器數(shù)據(jù)，基于收集的數(shù)據(jù)，其進一步致動計量裝置。如已經(jīng)敘述的，將這樣的測量與特性曲線圖比較，或通過控制單元52處理(例如，基于模型)，以確定催化轉(zhuǎn)化器的溫度分布。
[0039]在406，方法400進一步包括基于催化轉(zhuǎn)化器的溫度分布和/或操作條件，確定從進料設(shè)備輸送的反應(yīng)流體的分布和量是否是操作最佳的?；诖呋D(zhuǎn)化器的溫度分布，如果控制單元52確定流體流動不產(chǎn)生最佳流動，那么控制單元52可利用關(guān)于溫度分布的信息致動計量裝置，以便最佳輸送還原劑?？蛇x地，基于其中的條件，如果控制單元52確定進料設(shè)備18正輸送基本上最佳化的流動，可結(jié)束方法，同時控制單元52繼續(xù)監(jiān)測廢氣系統(tǒng)內(nèi)的條件。
[0040]返回到進料設(shè)備的致動，基于傳感器數(shù)據(jù)，如果控制單元52確定做出調(diào)節(jié)，則在408，方法400包括通過致動計量裝置活塞調(diào)節(jié)噴射的流體的錐角。如已經(jīng)描述的，可改變活塞的位置和形狀，以調(diào)節(jié)輸送至催化轉(zhuǎn)化器16的反應(yīng)流體的錐角和/或形狀。例如，在一個實施方式中，可相對于出口孔20降低活塞的位置，以增加來自其的流體的出口角度?？蛇x地，可相對于出口孔20升高活塞位置，以減少出口角度(例如，基本上減少到O度)。具有更大的出口角度的流體的流動產(chǎn)生截錐體流動形狀，而具有較小的出口角度的流體的流動產(chǎn)生更圓柱形的流動形狀，其在縱軸的附近沖擊靠近中心區(qū)域的入口端面24。此外，因為相對于出口孔活塞位置降低，可在縱軸L的附近，直接地在活塞36的下游產(chǎn)生盲區(qū)。因此，基于計量裝置內(nèi)的活塞的放置，可控制盲區(qū)，并且在某些實例中，一直延伸到入口端面24，從而只有非常少量的反應(yīng)流體22和廢氣沖擊中心區(qū)域。這樣，可將流體流動形狀從基本上中空的截錐體(例如，對于沿著縱軸具有冷的中心區(qū)的非均勻的溫度分布)調(diào)節(jié)為基本上實心的截錐體(例如，對于均勻的溫度分布)，調(diào)節(jié)為圓柱體(例如，對于沿著縱軸具有熱的中心區(qū)的非均勻的溫度分布)。
[0041]可選地，在第二實施方式中，也可通過調(diào)節(jié)可延伸流動活門60，調(diào)節(jié)活塞形狀。例如，可增加可延伸流動活門60的長度，以增加流體的出口角度，而可減少長度，以減少流體流動的出口角度。如已經(jīng)描述的，為了調(diào)節(jié)出口角度，可調(diào)節(jié)可延伸流動活門，以改變活塞物體的流動阻力。如本文所述，在兩個末端位置之間，流動活門是可連續(xù)地調(diào)節(jié)的。然而，其他配置是可能的，并且已經(jīng)被考慮。盡管此處為了簡單，顯示可單獨調(diào)節(jié)的活塞位置和可延伸流動活門的長度，但是在一些實施例中(沒有顯示)，可同步地調(diào)節(jié)這兩個變量，以調(diào)節(jié)來自進料設(shè)備的流體的流動。即，控制單元52可通過同時調(diào)節(jié)活塞位置和流動活門的長度，調(diào)節(jié)錐角。
[0042]為了調(diào)節(jié)從進料設(shè)備輸送的流體的量，在410，方法400包括致動流體輸送設(shè)備，以調(diào)節(jié)輸送的流體的量。如本文所述，為了增加流體噴射的量，可通過致動輸送設(shè)備，例如，通過打開與其連接的閥門，增加來自容器28的反應(yīng)流體的流動?？蛇x地，為了減少噴射的反應(yīng)流體的量，可減少來自容器28的流體的流動。進一步的方面是可基于目前占主導(dǎo)的條件，調(diào)整輸送設(shè)備提供的輸送壓力，因為輸送壓力對廢氣轉(zhuǎn)化的程度有影響。因此，根據(jù)本公開，基于目前占主導(dǎo)的條件，可調(diào)節(jié)計量裝置使廢氣的轉(zhuǎn)化最佳化。
[0043]這里結(jié)束【具體實施方式】，對它的理解提供了特別在低溫下用于增強廢氣后處理的有利方法。通過基于催化設(shè)備內(nèi)的溫度分布調(diào)節(jié)引導(dǎo)至催化設(shè)備上游的發(fā)動機排氣中的噴射的反應(yīng)流體的錐角，描述的方法提供了增強廢氣后處理的優(yōu)勢。特別地，可基于廢氣系統(tǒng)內(nèi)占主導(dǎo)的條件，控制流體流動，以實現(xiàn)更加理想的廢氣轉(zhuǎn)化。這樣，因為可基于其中的溫度分布將流體的流動引導(dǎo)至催化轉(zhuǎn)化器，以提高廢氣系統(tǒng)的操作效率，所以具備優(yōu)勢。[0044]注意，本文包括的示例性控制和評估程序可用于各種發(fā)動機和/或交通工具系統(tǒng)配置。本文描述的具體程序可表示許多處理策略中的一種或多種，比如事件驅(qū)動的、中斷驅(qū)動的、多任務(wù)處理、多線程處理等等。這樣，圖解的各種動作、操作和/或功能可以圖解的順序執(zhí)行、平行執(zhí)行或在某些情形中省略。同樣地，實現(xiàn)本文描述的示例性實施方式的特征和優(yōu)勢不一定需要該處理的順序，但是為了便于說明和描述提供該處理的順序。依賴于使用的具體策略，可重復(fù)地執(zhí)行一個或更多個圖解的動作、操作和/或功能。進一步，描述的動作、操作和/或功能可圖形表示為編程到發(fā)動機控制系統(tǒng)的計算機可讀存儲介質(zhì)的非短暫存儲器中的代碼。
[0045]將認識到，本文公開的配置和程序本質(zhì)上是示例性的，并且不能將這些具體的實施方式認為是限制性的，因為許多變型是可能的。例如，可將上述技術(shù)應(yīng)用于V-6、1-4、1-6、V-12、對置4缸和其他發(fā)動機類型。本公開的主題包括本文公開的各種系統(tǒng)和配置和其他特征、功能和/或性能的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
[0046]權(quán)利要求具體地指出認為是新穎的和非顯而易見的某些組合和子組合。這些權(quán)利要求可涉及“一個”要素或“第一個”要素或它的等價物。應(yīng)該理解，這樣的權(quán)利要求包括并入一個或更多個這樣的要素，既不要求也不排除兩個或更多這樣的要素?？赏ㄟ^修改權(quán)利要求或通過在該申請或相關(guān)申請中添加新的權(quán)利要求而要求保護公開的特征、功能、元件、和/或性能的其他組合和子組合。這樣的權(quán)利要求，在范圍上無論比原始權(quán)利要求更寬、更窄、相等或不同，也認為包括在本公開的主題內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種排氣系統(tǒng),包括:導(dǎo)管，其用于引導(dǎo)離開發(fā)動機的廢氣，催化轉(zhuǎn)化器，其具有入口端面，隨著所述廢氣流動，其沖擊所述入口端面，在所述催化轉(zhuǎn)化器上游的進料設(shè)備，用于將與所述廢氣反應(yīng)的流體進料至所述導(dǎo)管，其中所述進料設(shè)備具有計量裝置，其用于控制從其輸送的反應(yīng)流體的分布和量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中所述計量裝置具有可變的主體，其包括沿著所述進料設(shè)備的縱軸移動的可調(diào)節(jié)活塞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中改變所述可調(diào)節(jié)活塞的位置和形狀，以改變所述反應(yīng)流體離開所述計量裝置的出口角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣系統(tǒng)，其中所述可調(diào)節(jié)活塞具有用于改變所述反應(yīng)流體離開所述計量裝置的所述出口角度的可延伸流動活門。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的排氣系統(tǒng)，其中所述催化轉(zhuǎn)化器是選擇性催化還原設(shè)備，和所述反應(yīng)流體是還原劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中所述計量裝置包括用于輸送已知量的反應(yīng)流體的輸送設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的排氣系統(tǒng)，進一步包括連接到一個或更多個傳感器上的控制單元，所述傳感器用于處理和記錄與所述廢氣有關(guān)的數(shù)據(jù)，其中所述控制單元基于所述數(shù)據(jù)進一步致動所述計量裝置。`
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣系統(tǒng)，其中所述控制單元利用測量的數(shù)據(jù)確定所述催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的溫度分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的排氣系統(tǒng)，其中基于所述催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的所述溫度分布，調(diào)節(jié)由所述進料設(shè)備輸送的所述反應(yīng)流體的分布和量。
10.一種廢氣后處理方法，包括:響應(yīng)布置在排氣導(dǎo)管中的催化轉(zhuǎn)化器的溫度分布，調(diào)節(jié)位于催化轉(zhuǎn)化器上游的進料設(shè)備，以調(diào)節(jié)來自其的流體的供應(yīng)，和通過調(diào)節(jié)所述進料設(shè)備內(nèi)的活塞的位置和形狀，控制所述供應(yīng)的流體的分布和量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的廢氣后處理方法，其中所述活塞通過沿著所述進料設(shè)備的縱軸移動改變位置，和進一步通過調(diào)節(jié)可延伸流動活門改變形狀，以改變所述流體離開所述進料設(shè)備的出口角度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的廢氣后處理方法，其中以相對于所述進料設(shè)備的縱軸接近零度的出口角度離開所述進料設(shè)備的流體形成大體上圓柱形的流，其沖擊在所述催化轉(zhuǎn)化器的入口端面的中心區(qū)域上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的廢氣后處理方法，其中以相對于所述進料設(shè)備的縱軸基本上不同于零度的出口角度離開所述進料設(shè)備的流體形成大體上截錐體形狀，其沖擊在所述催化轉(zhuǎn)化器的基本所有的入口端面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的廢氣后處理方法，其中以大體上截錐體形狀離開所述進料設(shè)備的所述流體進一步包括緊接所述活塞的下游的在縱軸附近的盲區(qū)，從而所述流體沖擊在所述催化轉(zhuǎn)化器的所述入口端面的外周區(qū)域上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的廢氣后處理方法，其中所述盲區(qū)延伸到所述催化轉(zhuǎn)化器的入口端面。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的廢氣后處理方法，其中所述進料設(shè)備進一步包括用于控制供應(yīng)的所述流體的量的輸送設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的廢氣后處理方法，其中連接至所述排氣導(dǎo)管中一個或多個傳感器上的控制單元用基于其中收集的數(shù)據(jù)致動所述流動供應(yīng)的可執(zhí)行的指令編程。
18.一種方法，其包括:調(diào)節(jié)引導(dǎo)至催化設(shè)備上游的發(fā)動機排氣中的噴射還原劑的錐角。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述發(fā)動機排氣經(jīng)導(dǎo)管從發(fā)動機引導(dǎo)至具有入口端面的所述催化設(shè)備，所述排氣在其流動時沖擊所述入口端面，并且其中經(jīng)所述催化設(shè)備上游的進料設(shè)備供應(yīng)所述還原劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述催化設(shè)備是SCR催化劑和所述還原劑包括尿素，所述方法進一步包括響應(yīng)于催化劑溫度，調(diào)節(jié)噴射的還原劑的量，并且其中所述調(diào)節(jié)錐角進一步響應(yīng)于所述催化 劑溫度和操作條件。
【文檔編號】F01N9/00GK103511037SQ201310236816
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月15日
【發(fā)明者】Y·M·S·雅各布 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司