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CN111373128A - 包括将布置在车辆的排气后处理系统的隔室内的诸如传感器的至少一个部件冷却的方法 - Google Patents

包括将布置在车辆的排气后处理系统的隔室内的诸如传感器的至少一个部件冷却的方法 Download PDF

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CN111373128A CN201780094111.5A CN201780094111A CN111373128A CN 111373128 A CN111373128 A CN 111373128A CN 201780094111 A CN201780094111 A CN 201780094111A CN 111373128 A CN111373128 A CN 111373128A
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Abstract

本发明涉及一种方法，该方法包括将布置在车辆的排气后处理系统(5)的隔室(6)内的例如传感器的至少一个部件(10)冷却。排气后处理系统(5)包括冷却系统(11)，该冷却系统在布置于排气后处理系统隔室(6)内的一个或多个颗粒过滤器(8)的主动再生期间被激活，并且包括管(22)，该管用于将新鲜空气吹送在待冷却部件(10)上或用于抽出存在于所述待冷却部件附近的热空气，使得在主动再生期间优先保护所述部件(10)免受高温。

Description

包括将布置在车辆的排气后处理系统的隔室内的诸如传感器 的至少一个部件冷却的方法
技术领域
本发明涉及一种包括将布置在车辆(特别是柴油车辆)的排气后处理系统的隔室内的至少一个部件(例如传感器)冷却的方法。
背景技术
众所周知，在柴油机排气中，对环境影响最大的两种化合物是NOx和通常被称为“烟灰”的颗粒物。烟灰是由未燃烧的燃料、碳和其它固体材料组成的可视排气。
为了减少来自内燃发动机的有害排放物，已知的是为柴油发动机配备排气后处理系统(EATS)，该排气后处理系统被放置在排气路径中，以处理所规定的排气成分。这样的系统包括包封柴油颗粒过滤器(DPF)的隔室，该柴油颗粒过滤器将未燃烧的烟灰颗粒从排气中除去。因此，DPF不是将烟灰排放到大气中，而是捕获烟灰，然后利用热量将烟灰氧化。烟灰被定期再生为清洁的二氧化碳气体和水蒸气。必须定期去除沿着DPF的通道壁堆积的烟灰。这一让人想到自动清洁烤箱的过程被称为“再生”。再生是使用热量将烟灰从过滤器中去除的氧化过程。如果没有催化载体，则滤渣中所含的碳仅在大约550℃的较高温度下点燃。这样的温度仅在发动机热时、通常在发动机速度高时才达到。
再生过程的两种类型可以分为：被动再生和主动再生。当发动机达到所需的运行温度时，被动再生在稳定驱动下自然发生。当在普通高速公路上行驶时，随着DPF中的催化剂加热到足以氧化烟灰并将其转化为CO2的程度，发生被动再生。这个过程是连续的：因此，每当车辆达到其运行温度时，DPF就将开始被动再生。
随着时间的流逝，被动再生不足以防止烟灰堆积在DPF中。这时进行主动再生。主动再生包括将少量燃料引入到涡轮增压器与DPF之间的排气流中。当燃料与DPF上的催化剂接触时，它将产生约600℃的强烈热量，该热量会氧化陶瓷过滤器上的任何残留的烟灰。主动再生的优点在于，它能够在发动机的所有运行条件下进行，特别是在车辆停车或以低速行驶时，即，当发动机没有热到足以燃烧所积聚的滤渣时。在这方面，称为“停车再生”和“低车速移动再生”。
因此，排气后处理系统的隔室变得非常热，特别是在进行停车再生或低发动机转速再生时。这种强烈的热量会影响系统中的最敏感的部分，例如传感器，这些部分被封闭在EATS的隔热罩下。因此，这些敏感部分的寿命相对有限。
因此，本构思是为EATS配备冷却系统，用于冷却所述敏感部分并延长其寿命。
在这方面，US 2013/0014496公开了一种用于EATS的冷却系统。该EATS包括选择性催化还原(SCR)系统、前SCR部件、后SCR部件和排气管。前SCR和后SCR包括诸如再生装置、热源、氧化催化剂、柴油氧化催化剂、柴油颗粒过滤器等的装置。冷却系统包括用于产生冷却空气流的风扇以及连接到该风扇并且被构造成向EATS提供冷却空气流的空气导管。更精确地，在一个实施例中，空气导管包围EATS的还原剂管线，而在另一个实施例中，空气导管将冷却气流输送到设置在还原剂管线上的阀。
该文献的目的是冷却来自发动机的排气流，而不是冷却EATS的特定部件，例如前SCR部件和后SCR部件。
US 2013/0291523还涉及一种SCR系统，该SCR系统通过将DEF喷射到催化转化器上游的排气流中而采用了被称为柴油机排放流体(DEF)的液体还原剂。更具体地，该文献中的目的是保护用于控制DEF喷射的电气部件(例如喷射器)免受可能会高达180℃的环境温度。为此，US 2013/0291523教导了使用风扇和空气管道，该空气管道具有指向风扇的第一端和指向电致动喷射器的第二端。而且，可以在用于控制DEF喷射的电气部件与EATS的高温部分之间安装隔热罩。
US 2014/0360161公开了一种用于安装在外壳内的后处理模块的冷却系统。该冷却系统包括：强制空气源，该强制空气源通常是风扇；第一空气管道，该第一空气管道被构造成将由风扇产生的新鲜空气的一部分引向后处理模块的第一部件，该第一部件包括安装在柴油氧化催化剂(DOC)和柴油颗粒过滤器(DPF)系统顶上的电子电路；以及第二空气管道，该第二空气管道被构造成将新鲜空气的其余部分引向EATS的第二部件，例如DEF喷射器。一个缺点是，该冷却系统的构造使得EATS的其它部件被所吹送的新鲜空气冷却，特别是应该保持高温以确保再生功能的部件被冷却。因此，在再生期间不能执行冷却。
发明内容
本发明旨在通过提出一种能够在主动再生期间运行的新的冷却方法来特别地弥补这些缺点。
为此，本发明涉及一种根据权利要求1的方法。
由于本发明，只有EATS的需要被保护以免受EATS隔室内产生的强烈热量的部件被冷却，而其它部件(例如颗粒过滤器)则保持高温，以确保恰当地进行再生。换句话说，以更有针对性的方式执行所述冷却方法，以优先保护EATS的最敏感部分。因此，延长了EATS的最敏感部分(例如传感器)的寿命，并且需要更少的维护。此方法的目的不是冷却排气管或排气，而是冷却排气通道附近的敏感部分。实际上，排气温度必须保持非常高以实现防污染功效(再生)。这里的难点是要开发一种冷却非常小的区域而不冷却必须维持在高温下以防污染的邻近部分的技术方案。
在权利要求2至7中限定了该方法的有利的但非强制性的其它方面。
本发明还涉及根据权利要求8的排气后处理系统。
在权利要求9至15中限定了该系统的有利的但非强制性的其它方面。
本发明还涉及根据权利要求16的车辆。
附图说明
通过阅读以下描述，将更好地理解本发明，仅通过两个非限制性实施例并参考附图给出该描述，附图是示意性描绘，其中：
图1是重型车辆、特别是牵引车的侧视图，
图2是表示图1的车辆的热发动机以及根据本发明的排气后处理系统的第一实施例的透视图；并且
图3是表示图1的车辆的热发动机以及根据本发明的排气后处理系统的第二实施例的透视图。
具体实施方式
图1以侧视图示出了车辆，在本示例中，该车辆为牵引车1。然而，在未示出的替代实施例中，该车辆可以不同于牵引车。例如，该车辆可以是轻型车辆、多用途车辆、自动驾驶车辆、公共汽车等。
牵引车1包括内燃发动机(ICE)2(优选是柴油发动机)以及排气后处理系统(EATS)5，该排气后处理系统5用于通过排气管4收集发动机2的排气。EATS 5包括隔室6，特别地，该隔室6包封选择性催化还原(SCR)系统7和柴油颗粒过滤器(DPF)8，该柴油颗粒过滤器(DPF)8用于从排气中去除未燃烧的烟灰颗粒。在本示例中，隔室6是包封EATS 5的所有部件的矩形盒。隔室6用作隔热罩，即，隔室6能够在再生期间、特别是在主动再生期间将强烈的热量限制在内部。
在DPF 8的再生期间，特别是在主动再生期间，隔室6内部的温度非常高。典型地，在DPF中，温度通常在550℃至650℃之间。然而，EATS 5的一些部件对高温敏感。在致动器或传感器(例如用于测量温度、NOx水平或压力的传感器)的情况下尤其如此。因此，有必要保护这些部件免受在DPF 8主动再生期间产生的强烈热量。图2中表示了一个敏感部件10，例如传感器。
需要提醒的是，主动再生包括将少量燃料引入到颗粒过滤器8上游的排气管4中，即，引入到车辆发动机的排气流中。主动再生能够在任何时候、特别是在车辆停车或以低速移动时被启动。
为了在主动再生期间保护该部件10免受强烈热量，EATS 5包括冷却系统11。在图2的实施例中，冷却系统11包括用于每一个待冷却部件的空气喷嘴12。空气喷嘴12被定向成朝向部件10，以便将空气射流直接定向到部件10上。每一个空气喷嘴12通过空气管14连接到压缩空气源18，例如空气罐。空气喷嘴12形成管14的第一端。
有利地，压缩空气源18可以是与车辆的其它空气消耗装置(例如制动器、悬架)等共用的。
优选地，冷却系统11还包括用于控制管14内的空气流动的阀16。典型地，阀16在DPF 8的主动再生期间处于打开构造中，而在其余时间处于关闭构造中。在打开构造中，空气通过喷嘴12在部件10的方向上被吹送，而在关闭构造中，不吹送空气。因此，在该特定示例中，仅在主动再生期间进行冷却。在其余时间(包括被动再生期间)不激活该冷却系统11。
有利地，设置有控制器20，用于控制阀16的打开/关闭。在该示例中，阀16是电子阀，这意味着阀16是电子控制的。
优选地，阀16是比例阀，这意味着能够在主动再生的所有时间段期间调节所吹送的空气的流量。通过使用比例阀，能够在最大流量的0％至100％之间调节该流量。典型地，控制器20能够将该流量调节到最大流量的任意百分比。因此，能够调节在待冷却部件10的方向上吹送的新鲜空气的流量。这使得能够根据空气罐内的空气的压力水平来调节所吹送的空气的流量。典型地，所吹送的空气的流量可以与空气罐中的压力成比例地减小，这意味着：当空气罐为满时，流量优选较高。然而，由于通过空气压缩机将空气罐18中的压力永久地维持在8巴至12巴之间，因此流量没有实质性变化。
图3表示了替代实施例，其中，冷却系统11包括用于每一个待冷却部件的通风管22，特别是包括用于部件10的一个空气管22。有利地，通风管22的第一端23被定位成靠近部件10，而通风管22的第二端(未示出)连接到抽吸装置24，例如风扇(或风扇模块)。因此，该方法包括抽出存在于待冷却部件10附近的热空气，而不是吹送新鲜空气。在图3中，所抽出的空气的流动由箭头F1表示。
在该特定实施例中，只要车辆发动机开启就进行冷却。可替代地，在未示出的替代实施例中，抽吸装置24也可以被控制成仅在DPF 8的主动再生期间起作用。在该特定实施例中，设置有控制器，例如电子控制单元，用于控制抽吸装置24的激活。
在另一个未示出的替代实施例中，还可以设置有控制器，例如电子控制单元，用于控制由抽吸装置24产生的抽吸力。特别地，该冷却系统可以包括用于控制风扇的旋转速度的速度控制器(未示出)。这使得能够控制在每一个待冷却部件的附近抽出的热空气的流量，并且提供根据由位于EATS中的不同传感器所采取的措施而反映的冷却需求或根据冷却系统的效率需求来调节流量的优点。
能够调节流量的另一个实施例是使用阀(例如，电子阀或蝶阀)，该阀被放置在通风管22上的位于第一端23与连接到抽吸装置24的第二端之间的任何位置。
实施例还可以将通风管22内的阀的使用与速度控制器的使用结合起来。
与现有技术中所教导的不同，图2或图3的冷却系统11在布置于排气后处理系统隔室6内的颗粒过滤器8的主动再生期间被激活。在图2的实施例中，冷却系统11包括用于将新鲜空气吹送在待冷却部件10上的管14，而在图3的实施例中，冷却系统11包括用于抽出存在于待冷却部件附近的热空气的管22。因此，在主动再生期间，仅更新(refresh)待冷却部件10。这意味着没有冷却包括DPF 8在内的其它部件。换句话说，在主动再生期间，优先保护部件10以防高温。这是特别有利的，因为DPF 8必须保持高温以便不抑制再生。
在所描绘的两个实施例中，在再生期间仅冷却一个部件10。然而，在未示出的替代实施例中，该方法可以包括冷却所述隔室6的两个或更多个不同部件。在这种构造中，为每一个待冷却部件提供一个空气喷嘴，每个空气喷嘴被定向成朝向相应的待冷却部件。可替代地，为每一个待冷却部件提供一个通风管，每个通风管的第一端被定位成靠近相应的待冷却部件。
在另一个未示出的替代实施例中，至少一个待冷却部件10、优选每一个待冷却部件被包封在布置于排气后处理系统的隔室6内的保护壳体中。在该特定实施例中，管14的端部12或管22的端部23进入围绕所述待冷却部件设置的保护壳体中。
所描绘的两个实施例和未示出的替代实施例的特征可以组合在一起，以产生本发明的新实施例。

Claims (16)

1.一种包括将布置在车辆(1)的排气后处理系统(5)的隔室(6)内的至少一个部件(10)冷却的方法，所述至少一个部件(10)例如是传感器，其特征在于，所述排气后处理系统(5)包括冷却系统(11)，所述冷却系统(11)在布置在所述排气后处理系统的所述隔室(6)内的一个或多个颗粒过滤器(8)的主动再生期间被激活，并且所述冷却系统(11)包括管(14、22)，所述管(14、22)用于将新鲜空气吹送在待冷却部件(10)上或用于抽出存在于所述待冷却部件附近的热空气，使得在主动再生期间优先保护所述部件(10)免受高温。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：该步骤包括在每一个待冷却部件(10)的方向上吹送相应的新鲜空气射流。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：该步骤包括抽出存在于每一个待冷却部件(10)附近的热空气。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：调节被吹送在每一个待冷却部件上的新鲜空气的流量或调节在每一个待冷却部件附近抽出的热空气的流量。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，仅在主动再生期间进行冷却。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，只要车辆发动机(2)开启，就进行冷却。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，主动再生包括将少量燃料引入到车辆发动机(2)的排气管(4)中。
8.车辆(1)的排气后处理系统(5)，所述排气后处理系统(5)包括冷却系统(11)，所述冷却系统(11)能够执行根据任一前述权利要求所述的方法。
9.根据前一权利要求所述的排气后处理系统，其特征在于，所述冷却系统(11)包括管(14、22)，所述管(14、22)用于将新鲜空气吹送在每一个待冷却部件(10)上或用于抽出存在于每一个待冷却部件附近的热空气。
10.根据前一权利要求所述的排气后处理系统，其特征在于，所述管(14)具有第一端和第二端，所述第一端形成空气喷嘴(12)，所述空气喷嘴(12)被定向成朝向相应的待冷却部件(10)，所述第二端连接到压缩空气源(18)，例如空气罐。
11.根据权利要求9或10所述的排气后处理系统，其特征在于，所述冷却系统(11)包括用于控制所述管(14)内的空气流动的阀(16)，所述阀在再生期间处于打开构造中并且在其余时间处于关闭构造中。
12.根据前一权利要求所述的排气后处理系统，其特征在于，所述阀(16)是比例阀，典型是电子阀。
13.根据权利要求9所述的排气后处理系统，其特征在于，所述管(22)具有第一端(23)和第二端，所述第一端(23)被定位成靠近所述待冷却部件(10)，所述第二端连接到抽吸装置(24)，例如风扇。
14.根据前一权利要求所述的排气后处理系统，其特征在于，所述冷却系统(11)包括：用于控制由所述抽吸装置(24)产生的抽吸力的控制器，特别是用于控制所述风扇的旋转速度的速度控制器；和/或阀，所述阀位于所述管(22)内并且在所述第一端(23)和所述第二端之间。
15.根据权利要求8至14中的任一项所述的排气后处理系统，其特征在于，至少一个待冷却部件、优选每一个待冷却部件被包封在保护壳体中，所述保护壳体被布置在所述排气后处理系统的所述隔室内。
16.一种车辆，其包括根据权利要求8至15中的任一项所述的排气后处理系统(5)。
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