试剂分布的基于温度的控制制造技术

本公开提供了一种处理柴油机排气系统的方法，该方法包括：将试剂加热到一定温度以使得试剂的至少一部分被加热成气相，在催化剂上游将试剂注射到柴油机排气流中，以及通过催化剂使柴油机排气与加热的试剂进行反应以将NO

Temperature based control of reagent distribution

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】试剂分布的基于温度的控制相关申请的交叉引用本申请要求于2017年6月16日提交的序列号为62/520,959的美国临时申请的优先权和权益。上述申请的公开内容通过引用而整体并入本文。
本公开涉及柴油机排气后处理系统，并且更具体地涉及用于在催化剂上游将尿素注射到柴油机排气流中以减少有害排放物的系统。
技术介绍
该部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可不构成现有技术。许多柴油机排气后处理系统使用SCR(选择性催化还原)来减少NOx(氮的氧化物)排放物。SCR系统使用催化剂来促进NOx与氨反应生成N2和H2O。通常，氨是通过尿素在催化剂上游的排气中的注射和随后分解(以尿素在水中的水溶液形式)而供应给催化剂的。由于系统从排气中去除NOx的效率取决于氨在催化剂中的适当分布，并且由于氨的分布取决于注射过程所产生的尿素的分布，因此对尿素的分布的控制是提高SCR系统的转换效率的因素。除了对氨在催化剂中的分布的敏感性外，SCR系统还存在与尿素的注射相关联的沉积物形成问题。撞击不够暖的表面的注射的尿素会在排气系统的内部形成持久性沉积物，其可导致系统失效。为了防止这些沉积物，尿素的注射通常仅限于排气流足够暖以防止沉积物形成的操作条件。仅在排气流足够暖时注射尿素会降低系统的整体效率(因为它在某些操作条件下无法有效运行)。为了减轻NOx转化效率的降低，系统设计人员使用各种方法来提高排气温度(通常以节省燃料为代价)或注射点周围对排气结构加热。另外，系统设计者还必须考虑DEF(柴油机排气处理液)的量，即在任何给定时间需要被注射到系统中的尿素。在需要注射更高量的DEF的条件下，例如通常与更高水平的NOx相关联的条件下，系统设计人员采用各种方法来减少或最小化DEF喷柱(sprayplume)与排气系统内部的表面的接触。这有助于减少沉积物形成，例如使注射过程脉冲化或改变DEF的注射压力。这些方法通常在防止沉积物形成方面略有成功。
技术实现思路
在本公开的一种形式中，提供了一种处理柴油机排气系统的方法，该方法包括将试剂加热至一定温度以使得试剂的至少一部分被加热成气相，在催化剂的上游将试剂注射到柴油机排气流中，并利用催化剂使柴油机排气与加热的试剂进行反应，以将NOx转化为N2和H2O。加热步骤通过将试剂的物质状态至少部分地转换成气相来调节试剂的质量流率，并且呈气态形式加热的试剂减少了柴油机排气系统内的沉积物形成。在另一种形式中，加热是通过加热器、来自柴油机的热量、来自发动机冷却剂的热量以及来自柴油机排气流的热量中的至少一种来进行的。加热器可以选自由两线式加热器、管式加热器、筒式加热器和分层加热器组成的组。在另一种形式中，该方法包括控制功率以完成以下中的至少一项：将试剂加热到期望的设定点温度和基于操作数据来加热试剂。当试剂被加热到期望的设定点温度时，设定点温度基于以下中的至少一项：发动机转速、发动机负荷、至发动机的燃料流率、排气温度(EGT)、排气流率、EGT和排气流率的历史值、催化剂温度、试剂注射导管温度、试剂压力、试剂质量流率(massflowrate)、试剂质量(quality)、环境空气温度、海拔高度、NOx传感器数据、排气压力以及至少来自发动机控制单元和车辆控制器中的至少一个的预期的发动机状态，以及其组合。当基于操作数据加热试剂，并且操作数据选自温度、发动机转速、发动机负载、到发动机的燃料流率、排气温度(EGT)、排气流量、催化剂温度、试剂注射导管温度、试剂压力、试剂质量流率、试剂质量、环境空气温度、海拔高度、NOx传感器数据、排气压力及其组合。在另一种形式中，由与发动机控制单元和车辆控制器中的至少一个进行通信的控制器来执行至加热器的功率的控制，并且试剂的温度根据由发动机控制单元控制控制的发动机参数和由车辆控制器控制的车辆参数中的至少一种的函数来控制。在又一种形式中，在试剂被注射到柴油机排气流之前或之后进行试剂的物质状态的转换。在另一种形式中，试剂的质量流率由布置在催化剂上游的至少一个喷嘴调节。在一种形式中，喷嘴包括用于试剂的低质量流率的第一级喷嘴和用于试剂的较高质量流率的第二级喷嘴。在喷嘴的另一变型中，多个注射喷嘴以同心模式布置。在又一喷嘴变型中，至少一个孔的尺寸设计成通过将试剂流的一部分转换成气态或通过改变流过喷嘴的试剂的性质来适应试剂的质量流率的调节，其中，调节试剂的质量流率是发动机参数或车辆参数中的至少一项的函数。喷嘴可以进一步包括孔，以产生试剂的阻塞流，该孔选自由环形孔和临界流量孔组成的组。在又一形式中，该方法还包括使用连接到试剂源的泵来控制试剂的质量流率。还提供了根据本公开的各种方法中的至少一种方法操作的柴油动力设备。根据本文提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。附图说明并入说明书并形成其一部分的附图示出了本公开的几个方面，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。图中的部件不一定是按比例绘制的。在图中：图1是根据本公开的教导的柴油机排气后处理系统的示意图，并且该柴油机排气后处理系统具有可操作地连接到试剂源的加热器。具体实施方式以下描述本质上仅是示例性的，且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。还应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法内的步骤可以以不同的顺序执行。参考图1，示出了根据本公开的教导的柴油机排气后处理系统，并且其总体上由附图标记20表示。柴油机排气后处理系统20包括流体注射导管24，该流体注射导管24在催化剂16(其以这种形式是选择性催化还原(SCR))的上游联接至试剂源18并且联接至柴油机排气流12。系统20还包括可操作地连接到注射导管24的加热器26，其中，在一种形式中，加热器26加热流过注射导管24的试剂，以在被注射到柴油机排气流中之前将试剂的物质状态至少部分地转换成气态。如本文所用的，术语“试剂”应被解释为指可以与催化剂16结合以产生减少柴油机排气流12内的NOx量的化学反应的任何物质/材料。例如，这种材料可包括任何柴油机排气处理液(DEF)或尿素水溶液，其用在催化剂16中以还原NOx。加热器26可以是任何类型的加热器构造，包括但不限于管式加热器、筒式加热器或分层加热器等。此外，除了本文所述的其他形式之外，加热器26可以是自调节的。如进一步所示的，柴油机排气后处理系统20还包括与加热器26连通的控制器28，其中，控制器28可操作用于调节至加热器26的功率以将试剂加热至期望的设定点温度。设定点温度基于以下各项中的至少一项：发动机转速、发动机负荷、至发动机的燃料流率、排气温度(EGT)、排气流率、EGT和排气流率的历史值、催化剂温度、试剂注射导管温度、试剂压力、试剂质量流率、试剂质量、环境空气温度、海拔高度、NOx传感器数据、排气压力和来自发动机控制单元和车辆控制器中的至少一个的预期的发动机状态，及它们的组合。柴油机排气后处理系统20还包括连接至试剂源18的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理柴油机排气系统的方法，所述方法包括：/n将试剂加热到一定温度，以使得所述试剂的至少一部分被加热成气相；/n在催化剂上游将所述试剂注射到柴油机排气流中；和/n通过所述催化剂使柴油机排气与加热的所述试剂进行反应，以将NO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170616 US 62/520,9591.一种处理柴油机排气系统的方法，所述方法包括：
将试剂加热到一定温度，以使得所述试剂的至少一部分被加热成气相；
在催化剂上游将所述试剂注射到柴油机排气流中；和
通过所述催化剂使柴油机排气与加热的所述试剂进行反应，以将NOx转化成N2和H2O，
其中，所述加热通过将所述试剂的物质状态至少部分地转换成气相来调节所述试剂的质量流率，并且呈气态形式的加热的所述试剂减少了所述柴油机排气系统内的沉积物的形成。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热通过加热器、来自柴油机的热量、来自发动机冷却剂的热量以及来自所述柴油机排气流的热量中的至少一种来进行。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述加热是通过加热器进行的，并且所述加热器选自由两线式加热器、管式加热器、筒式加热器和分层加热器组成的组。


4.根据权利要求1所述的方法，还包括控制功率以完成以下中的至少一项：将所述试剂加热到期望的设定点温度和基于操作数据加热所述试剂。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述试剂被加热到所述期望的设定点温度时，所述设定点温度基于以下中的至少一项：发动机转速、发动机负荷、至发动机的燃料流率、排气气体温度(EGT)、排气流率、EGT和排气流率的历史值、催化剂温度、试剂注射导管温度、试剂压力、试剂质量流率、试剂质量、环境空气温度、海拔高度、NOx传感器数据、排气气体压力以及发动机控制单元和车辆控制器中的至少一个的预期发动机状态，以及它们的组合。


6.根据权利要求4所述的方法，其中，当基于操作数据加热所述试剂时，并且所述操作数据选自由以下各项组成的组：温度、发动机转速、发动机负荷、至发动机...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·丹尼斯·埃弗利，保罗·道格拉斯·弗里，杰弗里·迪斯特尔迈尔，安德鲁·D·塞尔维，
申请(专利权)人：沃特洛电气制造公司，
类型：发明
国别省市：美国;US