專利名稱：具有清洗加熱器的流體噴射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體噴射器，并且尤其涉及一種具有清洗加熱器
(purge heater)的流體噴射器。
背景技術(shù)：
包括柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機、氣體燃料動力發(fā)動機和本領(lǐng)域中已知 的其它發(fā)動機在內(nèi)的發(fā)動機排放空氣污染物的復雜混合物。這些空氣污染 物包括被稱為顆粒物或煤煙的固體材料.由于日益增加的對環(huán)境的關(guān)注， 排氣排放標準已變得更加嚴格，并且根據(jù)發(fā)動機的類型、發(fā)動機的尺寸和/ 或發(fā)動機的等級來調(diào)節(jié)從發(fā)動機排出的顆粒物的量。
一種由發(fā)動機制造商實現(xiàn)的、遵守被排放到環(huán)境中的顆粒物規(guī)定的方 法已利用被稱為顆粒捕集器或柴油顆粒過濾器的裝置從發(fā)動機的排氣流中 除去顆粒物。顆粒捕集器是被設計成捕集顆粒物的過濾器，并且通常包括 絲網(wǎng)或陶瓷蜂窩介質(zhì)。但是，將顆粒捕集器使用延長的時間段可能會使得 顆粒物積聚在介質(zhì)中，從而降低過濾器的功能性以及相應的發(fā)動機性能。
可通過^L稱為再生的處理從過濾器中除去收集的顆粒物。為了啟動過 濾器的再生，必須將過濾器中捕集的顆粒物的溫度升高至燃燒閾值，在該 燃燒閾值下顆粒物被燒盡。 一種升高顆粒物溫度的方式是將催化劑例如柴 油燃料噴射到發(fā)動機的排氣流中，并且點燃所噴射的燃料。
在再生事件之后，切斷燃料的供給。但是， 一些燃料可能仍殘留在燃 料噴射器中或者將燃料引到噴射器的燃料管線中。此殘留燃料在遭受到排 氣流的嚴苛條件時可能轉(zhuǎn)化成焦炭或部分燃燒，從而留下可能限制甚至阻 塞燃料噴射器的固體殘渣。另外，來自排氣流的顆粒物可能進入并阻塞噴射器。為此，需要在再生事件之間定期清洗燃料噴射器和/或任何積聚的殘 渣或顆粒物。
1991年1月29號授予Lopez-Crevillen等人的美國專利第4,987,738 號(，738專利)中描述了一種清洗燃料噴射器的方法。具體來說，，738專 利公開了具有用于焚燒被捕集顆粒的燃燒器的顆粒過濾器。該燃燒器包括 用于在再生期間將燃料噴射到燃燒器中的燃料噴射器噴嘴。如，738專利的 圖1所示，燃料泵經(jīng)由沿軸向與噴嘴的孔對齊的通路將燃料提供給噴射器 噴嘴。為了保持燃燒器的高效且可靠的操作，在再生事件之后，通過沿軸 向?qū)R的通路向燃料噴射器噴嘴供給清洗空氣，以清洗燃料噴嘴。清洗空 氣持續(xù)流過噴射器噴嘴，直至隨后的再生事件。
盡管，738專利的燃燒器可能在一定程度上受益于上述清洗處理，但是 收益的成^艮高。特別地，支持空氣清洗所需的附加通路可增加機加工成 本、部件成本和組裝時間。另夕卜，保持清洗空氣的持續(xù)流動可能成^艮高， 并且增加了碎屑流過流體噴射器噴嘴的危險。
本發(fā)明的流體噴射器解決了上述問題中的一個或多個。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面涉及一種用于排氣處理系統(tǒng)的流體噴射器。該流體 噴射器可包括體部、銷構(gòu)件和加熱器。銷構(gòu)件可"^殳置在該體部中，并且具 有流體接收端和流體噴射端。該加熱器可圍繞該銷構(gòu)件的流體噴射端設置。
本發(fā)明的另 一個方面涉及另 一種流體噴射器。此流體噴射器可包括體 部、被冷卻的銷構(gòu)件、套管和被加熱的銷構(gòu)件。被冷卻的銷構(gòu)件可設置在 該體部中并且構(gòu)造成接收流體。該套管可連接到該體部的端部。被加熱的
銷構(gòu)件可與被冷卻的銷構(gòu)件流體連通地設置在該套管中，以噴射所接收的 流體。
本發(fā)明的另 一方面涉及一種排氣處理系統(tǒng)。該排氣處理系統(tǒng)可包括構(gòu) 造成接收排氣的通路，和構(gòu)造成將流體噴射到該通路內(nèi)的排氣中的噴射器。 該排氣處理系統(tǒng)可進一步包括聯(lián)接到噴射器的加熱器。


圖l是示例性公開的發(fā)動機組的示意簡圖2是用于圖l的發(fā)動機組的示例性公開的排氣處理設備的分解視圖3是圖2的排氣處理設備的橫截面視圖4是用于圖2和3的設備的流體噴射器的橫截面視圖5是用于圖2和3的設備的示例性公開的控制系統(tǒng)的示意簡圖；以
及
圖6是示出由圖5的控制系統(tǒng)執(zhí)行的清洗圖4的流體噴射器的示例性 方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出具有燃料系統(tǒng)12和輔助再生系統(tǒng)14的發(fā)動機組10。為了公 開的目的，發(fā)動機組10被示出和描述為四沖程柴油發(fā)動機。但是，本領(lǐng)域 技術(shù)人員應認識到，發(fā)動機組10可以是任何其它類型的內(nèi)燃發(fā)動機，例如 汽油發(fā)動機或氣體燃料動力發(fā)動機。發(fā)動機組10可包括至少部分地限定多 個燃燒室17的機體16。在所示的實施例中，發(fā)動機組IO包括四個燃燒室 17。但是，可以設想發(fā)動機組10包括更多或更少數(shù)量的燃燒室17,并且 燃燒室17可設置成"直排"構(gòu)型、"V"構(gòu)型或任何其他合適的構(gòu)型。
還如圖1中所示，發(fā)動機組10可包括可旋轉(zhuǎn)地設置在機體16中的曲 軸18。連接桿(未示出)可將多個活塞(未示出)連接到曲軸18，從而每 個活塞在相應的燃燒室17中的滑動導致曲軸18的旋轉(zhuǎn)。類似地，曲軸18
的旋轉(zhuǎn)可導致活塞的滑動。
燃料系統(tǒng)12可包括相協(xié)作以將噴射的加壓燃料傳送至每個燃燒室17 的部件。具體來說，燃料系統(tǒng)12可以是共軌系統(tǒng)，并且包括構(gòu)造成保持燃 料供給的箱20、以及構(gòu)造成給燃料加壓并且利用(油)軌24將加壓燃料 引到多個燃料噴射器23的燃料泵送裝置22。
燃料泵送裝置22可包括一個或多個泵送設備，其用于增加燃料的壓力
6并且將一個或多個加壓燃料流引到(油)軌24。在一個示例中，燃料泵送 裝置22包括依次設置并且通過燃料管線30流體連接的低壓源26和高壓源 28。低壓源26可以是向高壓源28提供低壓進給的輸送泵。高壓源28可接 收該低壓進給，并且在一些情況下將燃料的壓力一直增加到300MPa。高 壓源28可利用燃料管線32連接到(油)軌24。 一個或多個過濾元件34、 例如主過濾器和副過濾器，可依次設置在燃料管線32中以便從被燃料泵送 裝置22加壓的燃料中除去碎屑和/或水。
低壓源和高壓源26、 28中的一個或兩者可操作性地連接到發(fā)動機組 10，并且被曲軸18驅(qū)動。低和/或高壓源26、 28可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員顯 而易見的任何方式與曲軸18連接，其中曲軸18的旋轉(zhuǎn)將導致泵軸的對應 的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。例如，高壓源28的泵驅(qū)動軸36在圖1中示出為通過齒輪系 38連接到曲軸18。但是，可以設想低壓源和高壓源26、 28中的一個或兩 者可選擇地^^電驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動或以任何其他合適的方式驅(qū)動。 還可以設想，燃料系統(tǒng)12可以可選擇地采用另一種燃料系統(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，在各噴射器中生成
或提高所噴射燃料的壓力而無需使用高壓源。
輔助再生系統(tǒng)14可與排氣處理設備40相關(guān)聯(lián)。特別地，發(fā)動機組IO 的排氣可經(jīng)由排氣通路35被傳輸至排氣通路35的端部(未示出)，在該 端部排氣可被釋放到大氣中。在到達排氣通路35的端部之前，排氣可通過 排氣處理設備40。在排氣處理設備40中，排氣成分例如顆粒物、NOx、 HC以及其他成分可被從排氣流中除去，或者被轉(zhuǎn)換成無害氣體。在一個 示例中，排氣處理i殳備40可包括安置成從排氣流中除去顆粒物的絲網(wǎng)或陶 瓷蜂窩過濾介質(zhì)42。隨著時間的經(jīng)過，顆粒物可在過濾介質(zhì)42中積聚， 并且如果未被處理，則顆粒物積聚可能嚴重到足以限制甚至阻塞排氣流過 處理設備40,使得發(fā)動機組IO中的背壓增加。發(fā)動機組10的背壓的增加 可減小發(fā)動機組10抽入新鮮空氣的能力，導致性能下降，排氣溫度增加以 及燃料消耗變差。
如圖2所示，輔助再生系統(tǒng)14可包括相協(xié)作以定期減少排氣處理設備40中的顆粒物積聚的部件。這些部件尤其可包括殼體44、噴射器46、混 合板48、火花塞50、熱電偶52和燃燒罐54?？梢栽O想，輔助再生系統(tǒng)14 可包括附加的或不同的部件，例如一個或多個先導(pilot)噴射器、附加 主噴射器、控制器、壓力傳感器、流量傳感器、流阻塞裝置、以及本領(lǐng)域 中已知的其它部件。還可設想，代替過濾介質(zhì)42 (見圖1)或除過濾介質(zhì) 42之外，排氣處理設備40可包括選擇性催化還原(SCR)裝置和與噴射 器46幾乎相同的相關(guān)噴射器(未示出)，以用于將還原劑例如尿素引入在 SCR裝置上游的排氣流。
殼體44可接納和流體地互連噴射器46、混合板48、火花塞50和熱電 偶52。特別地，殼體44可具有中心階梯孔56、環(huán)形凹入開口58、位于中 心的孔60、第一徑向偏置孔61、和第二徑向偏置孔(未示出)。殼體44 還可包括先導燃料通路62、主燃料通路64、空氣供給通路66、以及入口 和出口冷卻通路68、 70。如果希望的話， 一個或多個止回閥(未示出)可 位于這些通路中的任何一個或全部內(nèi)，以確保在通路中的各流體的單向流 動，和/或使需要定期重新供給或清洗的體積減少或最小化。
位于中心的孔60可通過內(nèi)表面72 (是指通向燃燒罐54的圖2中所示 的殼體44的表面)接納噴射器46。位于中心的孔60與噴射器46 —起可 在孔60的階梯部中形成先導燃料室74 (參照圖3)、主燃料室76、和冷 卻劑室78。先導燃料室74可與先導燃料通路62流體連通，而主燃料室76 可與主燃料通路64流體連通。冷卻劑室78可與入口和出口冷卻通路68、 70流體連通?；旌习?8可利用彈性件例如貝氏(bellville)墊圈80將噴射 器46保持在位于中心的孔60中。
中心階梯孔56也可通過內(nèi)表面72接納混合板48?；旌习?8可完全 壓配合在中心階梯孔56中，和/或被扣環(huán)82保持在合適位置?；旌习?8 可與噴射器46和殼體44中心對齊，并且利用 一個或多個定位銷83相對于 殼體44在角度上定向。
第一徑向偏置孔61可通過殼體44的外表面接納火花塞50。特別地， 火花塞50可包括接合第一徑向偏置孔61的內(nèi)螺紋的外螺紋。如果需要的
8話，第一徑向偏置孔61可與空氣供給通路66連通，從而碳和其他污染物 可從第一徑向偏置孔61被定期清洗出，從而防止了在火花塞50上積聚和 造成不希望的電弧放電。
第二徑向偏置孔可通過殼體44的外表面接納熱電偶52。類似于火花 塞50，熱電偶52也可具有接合第二徑向偏置孔的內(nèi)螺紋的外螺紋。盡管 沒有通路被示出與熱電偶52流體連通，但是如果需要的話，可以設想來自 供給通路66的清洗流體例如空氣可選擇地或附加地被引到第二徑向偏置 孔，以使其中的污染物積聚減小或最小化。
噴射器46可設置在殼體44中，并且可操作以在預定的正時、燃料壓 力和燃料流率下將一個或多個數(shù)量的加壓燃料(例如，通過先導、主和/
或后噴射)噴射到燃燒罐54中。燃料噴射到燃燒罐54中的正時可與從熱 電偶52、 一個或多個壓力傳感器(未示出)、計時器(未示出)、或任何 其他類似的傳感設備接收到的傳感輸入同步，從而燃料的噴射基本對應于 顆粒物在過濾介質(zhì)42 (參照圖1)中的積聚。例如，當流過排氣處理設備 40的排氣的溫度超過預定值時，可噴射燃料?？蛇x擇地或附加地，當流過 排氣處理設備40的排氣的壓力超過預定壓力水平或者過濾介質(zhì)42兩端的 壓降超過預定的差值時，可噴射燃料。如果需要的話，可以設想除了壓力 和溫度條件之外或者無論壓力和溫度條件如何，基于設定的周期噴射燃料。
混合板48 (例如，渦流板)與殼體44的環(huán)形凹入開口 58 —起可形成 空氣分配通路84 (參照圖3 )，可經(jīng)由供給通路66向該通路84供給壓縮 空氣?；旌习?8可包括使空氣分配通路84與燃燒罐54流體連通的多個成 環(huán)形設置的空氣孔86。空氣孔86可使空氣與噴射到燃燒罐54中的燃料混 合以改進其中的燃燒。如果需要的話，可以設想空氣孔86可附加地或可選 擇地將加壓空氣引到燃燒罐54的外周邊，以用于冷卻和/或絕緣目的。
混合板48可包括容納熱電偶52和火花塞50的開口。具體來說，熱電 偶52可經(jīng)由混合板48中的第一通孔88延伸到燃燒罐54中，而火花塞50 可經(jīng)由第二通孔90延伸到燃燒罐54中。接地電極92可在第二通孔90附 近從混合板48延伸以與火花塞50相互作用?；鸹ㄈ?0可有助于從噴射器46噴灑到燃燒罐54中的燃料的點火。具 體地，在再生事件期間或者當排氣處理設備40中的催化劑需要升高的溫度 時，離開發(fā)動機組10的排氣的溫度可能過低從而不能導致從噴射器46噴 出的燃料自動點火。為了啟動燃料以及隨后的被捕集顆粒物的燃燒，可從 噴射器46朝火花塞50噴灑或噴射少量(即，先導射流)燃料，以產(chǎn)生可 由火花塞50容易地點火的局部濃的氣氛。在火花塞50的電極和混合板48 的接地電極92之間產(chǎn)生的火花可點燃局部濃的氣氛，從而產(chǎn)生火焰，該火 焰可朝捕集的顆粒物噴出或前進。從噴射器46傳播的火焰噴射可使排氣處 理設備40中的溫度升高到容易地支持來自噴射器46的較大量(即，主要 射流)燃料的有效點火的水平。當主要噴射的燃料點火時，排氣處理設備 40的溫度可繼續(xù)升高到導致過濾介質(zhì)42中捕集的顆粒物燃燒的水平和/或 支持催化劑的高效操作的水平。
熱電偶52可確認在燃燒罐54中的燃料/空氣混合物的成功點火，并且 幫助基于實現(xiàn)的溫度控制燃料的噴射量。熱電偶通常包括兩種不同金屬， 其經(jīng)常釆用細長構(gòu)件例如線或桿。熱電偶的兩種金屬可經(jīng)由(軟)釬焊接 頭在熱電偶的測量端(通常為終端)相接合。當在熱電偶的測量端的溫度 相對于在基準端(即，非測量端)的溫度改變時，可生成可測量的電壓。 所測量的電壓的值可被用于確定在熱電偶的測量端的溫度。熱電偶52可通 過混合板48延伸到燃燒罐54中，以便指示其中的溫度。當在燃燒罐54 中測量的溫度超過預定值時，可推斷出已經(jīng)實現(xiàn)空氣-燃料混合物的點火。 類似地，當在燃燒罐54中測量的溫度下降到低于預定值時，可推斷出火焰 噴射已被熄滅?？梢栽O想，向燃燒罐54中的燃料噴射、被引到燃燒罐54 中的空氣的流率或壓力、噴射器46的溫度、和/或其它溫度相關(guān)操作可響 應于由熱電偶52生成的電流值而改變。
燃燒罐54 (參照圖2)可采用管狀構(gòu)件，其構(gòu)造成將點燃的燃料/空氣 混合物(即，火焰噴射)從輔助再生系統(tǒng)14沿軸向引到處理i殳備40的排 氣流。特別地，燃燒罐54可包括使來自噴射器46的燃料和來自分配通路 84的空氣與排氣流體連通的中心開口 94 (即，中心開口 94可與通路35
10流體連通或者與通路35共同延伸〔擴及同空間，coextensive〕)。燃燒罐 54可在中心開口 94的一端使用火焰穩(wěn)定板96,以提供使排氣處理設備40 中的脈動減小或最小化的限制。即，火焰穩(wěn)定板96的內(nèi)徑可小于中心開口 94的內(nèi)徑。燃燒罐54可基本是直的，并且具有根據(jù)預期的火焰引入位置 在制造期間設定的預定長度(由燃料/空氣混合物的點燃產(chǎn)生的火焰從燃燒 罐54延伸到排氣流的距離)。在一個示例中，此預期引入位置可距燃燒罐 54的火焰穩(wěn)定板96大約12英寸。
如圖4所示，噴射器46可以是多個部件的組件，所述多個部件相互作 用以便即使在嚴苛操作條件下仍確保將燃料連續(xù)噴射到燃燒罐54 (參照圖 2)中。具體來說，噴射器46可包括體部98、設置在體部98中的被冷卻 的銷構(gòu)件100、套管102、設置在套管102中的被選擇性加熱的銷構(gòu)件104、 壓配合到或聯(lián)接到套管102上的加熱器106、以及圍繞加熱器106設置的 熱屏蔽108。加壓燃料可朝向被加熱的銷構(gòu)件104被引導到被冷卻的銷構(gòu) 件100中和周圍以便噴射，同時，冷卻劑可被引導到體部98周圍以防止被 冷卻的銷構(gòu)件100中的燃料發(fā)生焦化。在噴射事件之間，可向加熱器106 選擇性地施加電流以蒸發(fā)和/或燒盡被加熱的銷構(gòu)件104中的任何殘留燃料 或積聚物(即，清洗噴射器46的流體噴射端部)。噴射器46的外表面也 可被清除沉淀物和燃料，從而保持噴灑角度和品質(zhì)。熱屏蔽108可使清洗 處理期間從加熱器106對流和/或輻射損失的熱量減小或最小化。
體部98可以是大致為圓柱形的構(gòu)件，其構(gòu)造成組裝在位于中心的孔 60(參照圖2)中，并且可包括一個或多個通路。具體來說，體部98可包 括構(gòu)造成通過螺玟接納^L冷卻的銷構(gòu)件100的孔109，以及構(gòu)造成通過螺 紋接納套管102的端部的連接孔110。體部98可在相對端具有直徑擴大的 外表面，從而在它們之間形成凹部112。凹部112可至少部分地限定冷卻 劑室78 (參見圖3)。即，來自入口冷卻通路68的冷卻劑可在凹部112 處與體部98的環(huán)形外表面直接接觸。 一個或多個密封件114可與體部98 的擴大區(qū)域相關(guān)聯(lián)，以使體部98和殼體44之間的流體泄漏和污染減小或 最小化。凸緣116可幫助將體部98正確定位在位于中心的孔60中。
ii被冷卻的銷構(gòu)件100可以是細長圓柱形構(gòu)件，其可滑動地設置在位于 中心的孔60(參照圖3)中并且與體部98螺紋接合。；故冷卻的銷構(gòu)件IOO 與體部98的接合位置可基本對應于凹部112和冷卻劑室78 (參照圖3 )的 軸向位置。這樣，；陂冷卻的銷構(gòu)件100中產(chǎn)生的或者傳遞到被冷卻的銷構(gòu) 件100的任何熱量可通過這種接合被傳導到室78 (參照圖3 )中的冷卻劑。 被冷卻的銷構(gòu)件100可包括內(nèi)部通路118,該內(nèi)部通路118以在先導燃料 室74 (參照圖3 )處的陰錐形部120開始，并且在被加熱的銷構(gòu)件104的 接納端處終止。；故冷卻的銷構(gòu)件100也可在燃料接收端部處具有直徑擴大 的外表面，從而在被冷卻的銷構(gòu)件100的擴大表面和體部98之間形成凹部 122。凹部122可至少部分地限定主燃料室76,而位于被冷卻的銷構(gòu)件100 的擴大直徑的軸向上游位置的在位于中心的孔60內(nèi)的空間可至少部分地 限定先導燃料室74 (參照圖3)。類似于體部98， 一個或多個密封件114 可與被冷卻的銷構(gòu)件100的擴大區(qū)域相關(guān)聯(lián)，以使被冷卻的銷構(gòu)件100和 殼體44之間的流體泄漏和污染減小或最小化。
套管102可采用大致為管形的構(gòu)件，其將被加熱的銷構(gòu)件104固定地 連接到加熱器106、體部98和被冷卻的銷構(gòu)件100。即，套管102可包括 與,皮加熱的銷構(gòu)件104螺紋接合的中心孔124,以及環(huán)形外表面，加熱器 106可被壓配合、線纏繞、(硬)釬焊、鑄造、緊密間隙配合或夾持在該 環(huán)形外表面上。套管102還可與體部98的連接孔110螺玟接合。套管102、 被加熱的銷構(gòu)件104和加熱器106之間的接合可有助于從加熱器106到被 加熱的銷構(gòu)件104的傳導性熱傳遞。套管102還可包括位于套管102的相 對端的凸緣部128。凸緣部128可軸向支承和定位加熱器106。凸緣部128 中的中心開口 130可允許通過套管102噴射燃料。如上所述的貝氏墊圏80 可被混合板48壓在凸緣部128上，以將噴射器46保持在殼體44 (參照圖 2和3)中。
末端(nib)132可位于中心開口 130中以用作密封表面。即，末端132 的內(nèi)表面可被精密加工以緊靠位于,i^口熱的銷構(gòu)件104中的第二末端134 的外表面密封。末端134可包括先導噴射孔131和主噴射孔133?？梢栽O想，末端134還可包含附加的孔。當末端134緊靠末端132就位時，可防 止燃料在末端134周圍流動，除非是通過允許燃料在末端132和134之間 流動和被噴射的精密狹槽(未示出)。相反地，當正確就位時，可迫使燃 料流過末端134的噴射孔。通過在末端132上而不是在中心開口 130處在 套管102的內(nèi)表面上提供內(nèi)部密封表面，套管102的制造可被筒化。
被加熱的銷構(gòu)件104可采用大致圓柱形的構(gòu)件，并且如上所述，可利 用螺紋被接納在套管102中。被加熱的銷構(gòu)件可構(gòu)造成將從加熱器106接 收的熱能保持和/或集中到噴射器46的噴嘴部中。,皮加熱的銷構(gòu)件104可 接收來自被冷卻的銷構(gòu)件100的先導燃料，并且將先導燃料引到末端134 以便噴射到燃燒罐54 (參照圖3)中。在被加熱的銷構(gòu)件104和被冷卻的 銷構(gòu)件100之間可保持分隔部135 (即，只有被冷卻的銷構(gòu)件100的減小 區(qū)域凸起部可接觸被加熱的銷構(gòu)件104)，以使它們之間的熱傳導減小或 最小化。另外，可防止被加熱的銷構(gòu)件104的延伸越過熱屏蔽108的上游 端部的部分與套管102接觸，從而可使在該位置處的傳導性熱傳遞減小或 最小化。但是，應指出，即使在被冷卻的銷構(gòu)件IOO和被加熱的銷構(gòu)件104 之間可保持分隔部，仍需設有流體密封(例如，通過墊圏、過盈配合或其 它手段)。此外，套管102和/或體部98的才黃截面積可在此位置減小或最 小化，以進一步限制向噴射器46的被冷卻部分的熱傳遞。
加熱器106可包括設置在壓配合到套管102上的體部中的電線圏元件 或線圏繞組136,以及用于將電流引到線圏繞組136的單個電引線138。為 了產(chǎn)生流過加熱器106的電流，殼體44、混合板48、貝氏墊圏80和套管 102可被接地。為了使電引線138和殼體44之間短路的可能性最小，電引 線138可與殼體44絕緣。電引線138可沿基本平行于被冷卻的銷構(gòu)件100 和#^口熱的銷構(gòu)件104的軸向的垂直方向從線團繞組136延伸出，以便在 電引線138上的重力和振動的影響可被減小或最小化。如果需要的話，可 以設想電引線138可以可選擇地沿水平或其它方向從線圏繞組136延伸出。
熱屏蔽108可基本包封加熱器106，以使向分配通路84 (參照圖3 ) 中的空氣對流和/或輻射的熱能的量減小或最小化。即，熱屏蔽108可成環(huán)形地圍繞線圏繞組136，并且可與線圏繞組136間隔開，從而在熱屏蔽108 中形成絕緣空氣間隙137。熱屏蔽108的環(huán)形部分可包括容許線圏繞組136 與電引線138連接的徑向突出部。通過包含突出部而不是簡單地增加熱屏 蔽108的直徑以容許連接到電引線138,由熱屏蔽108占用的殼體44中的 空間可被減小或最小化。熱屏蔽108可在一端圍繞凸緣部128形成。另夕卜， 蓋構(gòu)件或端蓋140可被i丈置成封閉熱屏蔽108的相對上游端，從而防止、 減小或最小化向體部98的熱傳遞。電引線138可通過端蓋140中的孔。
圖5示出用于調(diào)節(jié)噴射器46的清洗操作的控制系統(tǒng)142?？刂葡到y(tǒng)142 可包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器144、冷卻劑傳感器146、計時器148和控制器 150。控制器150可分別經(jīng)由通信線152、 154、 156、 158和160與發(fā)動機 轉(zhuǎn)速傳感器144、冷卻劑傳感器146、計時器148、加熱器106的電引線138、 以及熱電偶52通信。控制器150可基于來自發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器144、冷卻 劑傳感器146、計時器148和/或熱電偶52的輸入調(diào)節(jié)加熱器106的溫度。 可以設想，如果需要的話，控制器150可以可選擇地基于附加的或不同的 輸入來調(diào)節(jié)加熱器106的溫度。
發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器144可感測發(fā)動機組10的轉(zhuǎn)速，并且例如采用與曲 軸18或齒輪系38相關(guān)聯(lián)的磁性拾取傳感器(pickup sensor)。發(fā)動機轉(zhuǎn) 速傳感器144可設置在嵌入曲軸18、嵌入齒輪系38的元件、或嵌入被發(fā) 動機組10直接或間接驅(qū)動的任何其他部件的磁性元件(未示出)的近側(cè)， 以產(chǎn)生對應于得到的磁場的轉(zhuǎn)速的信號。轉(zhuǎn)速信號可通過通信線152 ,U 送給控制器150。
冷卻劑傳感器146可與流過噴射器46的冷卻劑和/或在整個發(fā)動機組 IO(即，在機體16、與燃燒室17相關(guān)聯(lián)的缸蓋、以及發(fā)動機組10的其它 部件)中流通的冷卻劑相關(guān)聯(lián)。冷卻劑傳感器146可以是溫度型傳感器， 其構(gòu)造成產(chǎn)生指示與其接觸的冷卻劑的信號。溫度信號可通過通信線154 被送至控制器150。
計時器148可以是數(shù)字式或模擬式裝置，其構(gòu)造成指示自再生事件開 始經(jīng)過的時間、到下一個再生事件之前的剩余時間、再生事件的持續(xù)時間、自清洗事件開始經(jīng)過的時間、到下一個清洗事件之前的剩余時間、清洗事
件的持續(xù)時間、或任何其它類似的時間度量。計時器148可生成指示時間 度量的信號，并且經(jīng)由通信線156將此信號發(fā)送給控制器150。
控制器150可采用包含用于控制噴射器46的清洗操作的裝置的單個微: 處理器或多個孩t處理器。多種市場上可得到的微處理器可構(gòu)造成執(zhí)行控制 器150的功能。應理解，控制器150可容易地采用能夠控制多種發(fā)動^L組 功能的通用發(fā)動機組微處理器。各種其他已知的電路可與控制器150相關(guān) 聯(lián)，包括供電電路、信號調(diào)整電路、螺線管驅(qū)動器電路、通信電路以及其 他合適的電路。
控制器150可包括存儲在控制器150的內(nèi)部存儲器中的一個或多個圖/ 映射表，并且可參考這些圖確定用于各種清洗操作的與加熱器106的激活/ 啟用相關(guān)聯(lián)的溫度、加熱持續(xù)時間和/或電流。這些圖中的每一個可包括形 式為表格、曲線圖和/或方程式的數(shù)據(jù)集合。在一個示例中，可通過用于確 定所得到的適合于清洗噴射器46的溫度和/或持續(xù)時間的2-D或3-D表格 來參考預期類型的清洗處理。在另一個示例中，預期的溫度和/或持續(xù)時間 以及可用的源電壓可形成用于確定施加給加熱器106的電引線138的產(chǎn)生 預期溫度的電流的另一 2-D或3-D表格的坐標軸?？刂破?50可將預期類 型的清洗處理和可用的源電壓與這些圖進行比較，以響應于比較結(jié)果確定 預期溫度、加熱持續(xù)時間和所需的電流波形。為了公開的目的，用于產(chǎn)生 單個清洗事件的在加熱器106中感應出的電流電平與其持續(xù)時間的組合可 凈皮i人為是電流波形。
然后控制器150可在合適的正時經(jīng)由電引線138將預定的或產(chǎn)生的電 流波形送至加熱器106,以實現(xiàn)對于預期加熱持續(xù)時間的預期溫度。在一 個示例中，控制器150可基于來自上述圖的數(shù)據(jù)在開環(huán)程序中調(diào)節(jié)加熱器 106的操作?？蛇x擇地，如果需要的話，控制器150可基于來自所述圖的 數(shù)據(jù)以及來自熱電偶52和/或其它源的輸入在閉環(huán)程序中調(diào)節(jié)加熱器106 的操作。
控制器150可響應于接收到或識別出觸發(fā)條件(trigger),將預定的
15或產(chǎn)生的波形發(fā)送給加熱器106。具體地，控制器150可響應于成功的再 生事件的結(jié)束、響應于指示噴射器46堵塞的失敗的再生事件(再生事件可 包括噴射事件)、和/或響應于自前一清洗事件起經(jīng)過的時間段，激活加熱 器106。在一個示例中，經(jīng)過的時間段可為大約25小時。可以設想，如果 需要的話，可利用其它的和/或附加的觸發(fā)條件來啟動加熱事件。
控制器150可構(gòu)造成僅在某些條件滿足時激活加熱器106。這些條件 尤其可包括發(fā)動機組10的轉(zhuǎn)速高于預定轉(zhuǎn)速閾值、由冷卻劑傳感器146 測量的溫度高于預定溫度閾值、自再生事件起經(jīng)過的最小時間、以及到下 一再生事件之前剩余的最小時間量。在一個示例中，預定轉(zhuǎn)速閾值可為大 約600rpm或發(fā)動機組10的空轉(zhuǎn)速度，從而在清洗事件期間確保發(fā)動機操 作。在此相同示例中，預定溫度閾值可以是大約65X:，從而加熱器106生 成的溫度足以燒盡任何殘余燃料或其它積聚材料。為了避免在噴射器46 的未被加熱部分產(chǎn)生沉積物，可能需要在再生事件已發(fā)生之后并在啟動清 洗事件之前等待最小的時間段。在一些情況下，此最小的時間段可以為大 約3600秒。清洗所需的時間段(即，燃燒噴射器46中的沉積物所需的時 間)可在3600秒至14400秒之間。因此，只有在即將到來的再生事件之前 剩佘足夠的時間才允許發(fā)生清洗事件?？梢栽O想，如果需要的話，在清洗 之前還要滿足其他的或附加的條件。
才艮據(jù)預期的清洗事件，控制器150可激活加熱器106以對于不同的持 續(xù)時間實現(xiàn)不同的溫度。例如，如果清洗事件緊接在再生事件之后并且僅 希望殘余燃料蒸發(fā)，則加熱器106的溫度可僅增加到大約300'C并持續(xù)大 約10-15分鐘的時間。與此不同，如杲清洗事件是標準周期性清洗(即， 自前一清洗事件起已經(jīng)過大約25小時)，則所需的溫度可能更高，并且加 熱持續(xù)時間更長。例如，周期性清洗事件可包括持續(xù)大約1小時的大約475 。C的溫度。如果清洗事件與失敗的再生事件(即，由于噴射器46被堵塞， 再生事件的噴射事件失敗)相關(guān)聯(lián)，則清洗事件的溫度可能更高并且時間 段更長。可以設想，控制器150也可將噴射器46持續(xù)地升溫至中等溫度， 從而使極端的溫度差減小或最小化，并且減小達到清洗溫度水平的時間。
16應指出，上述溫度和持續(xù)時間與燃料例如柴油燃料相關(guān)聯(lián)，當不同的流體
(例如，生物柴油、尿素等)被引導通過噴射器46時，所述溫度和持續(xù)時 間可改變。還應指出，上述持續(xù)時間與在合適溫度下經(jīng)過的時間相關(guān)聯(lián)， 而不一定是自清洗處理開始經(jīng)過的時間。
圖6示出清洗噴射器46的示例性方法。下文將詳細描述圖6以更好地 說明所公開的系統(tǒng)及其操作。
工業(yè)應用性
本申請中的流體噴射器可應用于各種排氣處理設備，包括例如需要定 期再生的顆粒捕集器、需要用于最佳操作的預定溫度的催化轉(zhuǎn)換器，需要 噴射氨或另一種催化劑的SCR裝置、以及本領(lǐng)域已知的其它類似設備。實 際上，所公開的噴射器可在受益于無堵塞噴射器操作的任何發(fā)動機系統(tǒng)中 實現(xiàn)。下文將闡述發(fā)動機組10的操作。
參照圖1，空氣和燃料可被抽入發(fā)動機組10的燃燒室17以便隨后燃 燒。具體來說，來自燃料系統(tǒng)12的燃料可被噴射到發(fā)動機組10的燃燒室 17中，與其中的空氣混合，并且被燃燒以產(chǎn)生機械功輸出和熱氣體的排氣 流。排氣流可包含由氣體和固體材料組成的空氣污染物的復雜混合物，該 固體材料可包括顆粒物。當裝載顆粒物的排氣流被從燃燒室17引導通過排 氣處理設備40時，顆粒物可被過濾介質(zhì)42從排氣流中濾除。隨著時間過 去，顆粒物可在過濾介質(zhì)42中積聚，并且如果未被處理，則這種積聚可能 嚴重到足以限制甚至阻塞排氣流過排氣處理設備40。如上所述，對來自發(fā) 動機組10的排氣流的限制可增加發(fā)動機組10的背壓和減小發(fā)動機組吸入 新鮮空氣的能力，從而導致發(fā)動機組10的性能降低、排氣溫度增加以及燃 料消耗變差。
為了防止在排氣處理設備40中的不希望的顆粒物積聚，過濾介質(zhì)42 可被再生。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 經(jīng)過時間、在過濾介質(zhì)42兩端測量的壓力差、從發(fā)動機組10流出的排氣 的溫度、或者本領(lǐng)域中已知的任何其它條件。
為了啟動再生，可使得噴射器46以預期的速率將燃料選擇性地送到排
17氣處理i殳備40中(即，噴射事件)。當來自噴射器46的燃料的先導噴射 噴灑到燃燒罐54中時，來自火花塞50的火花可點燃燃料。當來自噴射器 46的燃料的主噴射被送到排氣處理設備40中時，正在燃燒的先導燃料流 可點燃燃料的主流。被點燃的燃料主流然后可將過濾介質(zhì)42中捕集的顆粒 物的溫度升高至被捕集的顆粒物的燃燒水平，從而燒盡顆粒物，因此使過 濾介質(zhì)42再生。
在再生事件之間(再生事件包括噴射事件)，可對噴射器46選擇性地 清除燃料以及任何累積的積聚物(即，進行加熱以蒸發(fā)或燒盡燃料和/或累 積的積聚物)以確保其正確的操作。圖6的流程圖中示出了一個示例性的 噴射器清洗處理。當控制器150接收到或識別出清洗觸發(fā)條件時，可開始 清洗處理(步驟200)。清洗可以多種不同的方式被觸發(fā)。例如，當自前 次清洗事件以來經(jīng)過的時間已超過閾值時間段時，清洗可被觸發(fā)。在一些 情況下，此閾值時間段可在20-60小時的范圍內(nèi)，特別是大約25小時。在 另一示例中，在成功地完成上迷每個再生事件之后，清洗可被觸發(fā)。在又 一示例中，當再生事件已失敗時(即，當被噴射燃料的點火不能被確認、 當顆粒物的溫度未能達到其燃燒閾值溫度、和/或當再生事件期間已發(fā)生太 多燃燒損失)，清洗可被觸發(fā)?？梢栽O想，如果需要的話，也可使用或者 可選擇地使用其它清洗觸發(fā)條件。
在啟動預期的清洗處理之后的下一步驟可包括確定什么觸發(fā)了預期的 清洗處理(步驟210)。如上所述，清洗處理可以多種不同方式^^觸發(fā)。 如果觸發(fā)條件是再生事件的成功完成，則預期的清洗處理可僅包括使噴射 器46升溫以蒸發(fā)在被加熱的銷構(gòu)件104以及末端132和134中剩余的任何 燃料(步驟220)。如果需要升溫，則控制器150可參考其存儲器中存儲 的圖，并且將適當?shù)牟ㄐ嗡偷郊訜崞?06,以便加熱器106的溫度達到大 約300n，并且維持大約10-15分鐘。
但是，如果觸發(fā)條件是自前次清洗事件以來經(jīng)過的時間量或者在噴射 器46中的燃料的異常壓力衰減率，則可能需要這樣的清洗事件(清洗1)， 即，該清洗事件要求較高溫度和/或加熱持續(xù)時間。但是，在能夠啟動清洗l之前，控制器150可比較當前發(fā)動機組操作條件與預定的閾值條件，并 且確定是否允許等級l的清洗(即，清洗l)(步驟230)。具體地，如果 自前一再生事件以來的時間大于最小閣值(大約3600秒)并且直到下一再 生事件之前的時間大于當前預期的清洗處理所需的時間(大約1-4小時)、 發(fā)動機組10是操作的(即，發(fā)動機轉(zhuǎn)速大于大約600rpm)、并且加熱器 106產(chǎn)生的熱量將足以蒸發(fā)或燒盡殘佘燃料和/或積聚物(即，冷卻劑溫度 大于大約65匸)，則控制器150可啟動預期的清洗處理(步驟240)。在 此清洗等級(即，圖6中所示的清洗1),被控制器150引至加熱器106 的波形可導致達到大約475'C的溫度被維持大約1小時的持續(xù)時間。
如果觸發(fā)條件是失敗的再生事件，則可推斷出噴射器46被至少部分地 堵塞(即，失敗的噴射事件)。為了消除噴射器46的堵塞，可使加熱器 106的溫度和持續(xù)時間進一步增加(即，可實現(xiàn)圖6中所示的清洗2)。類 似于對清洗l的要求，在能夠啟動清洗2之前，控制器150可比較當前發(fā) 動機組操作條件與預定閾值條件，并且確定是否允許清洗2 (步驟250)。 在此情況下，時間可能不是一個因素。即，由于噴射器46可能被至少部分 地堵塞，因此無論在即將到來的再生事件之前的時間如何，均可實現(xiàn)等級 2的清洗(即，清洗2)。在某些情況下，這可能需要推遲即將到來的再生 事件(步驟260)以允許有充足的時間進行清洗。只要發(fā)動機組10是操作 的(即，發(fā)動機轉(zhuǎn)速大于大約600rpm ),并且加熱器106產(chǎn)生的熱量將足 以蒸發(fā)或燒盡殘余燃料和/或積聚物(即，冷卻劑溫度大于大約65'C )，則 控制器150可啟動預期的清洗處理(步驟270 )。在此清洗等級(即，圖6 所示的清洗2)，由控制器150引至加熱器106的波形可在大于1小時的 時間中產(chǎn)生超過475。C的溫度。可以設想，在失敗的再生事件之后，試圖 消除噴射器46的堵塞的清洗可局限于預定數(shù)量的事件。即，如果需要的話， 如果例如在剛剛完成等級2的清洗事件之后再生事件失敗，則可采取其他 預防性措施，例如使發(fā)動機組10的操作器升溫、關(guān)斷發(fā)動機組10以及其 他這樣的措施。
通過以有效的方式從噴射器中除去殘余燃料和積聚物，所公開的噴射
19器構(gòu)型可確保連續(xù)的和成功的再生事件。具體來說，通過加熱噴射器的噴
嘴部(即，將燃料噴灑到燃燒罐54中的噴射器46的部分)，其中的殘余 液體和固體積聚物均可被有效地燒盡。與僅除去大部分液體的清洗系統(tǒng)相
比，通過除去液體和固體兩者，所公開的噴射器的成功操作可被延長。另 外，通過在給定的時間僅清洗必需的量，不同等級的清洗可以有效的方式 清潔所公開的噴射器。此外，由于單獨的流體清洗系統(tǒng)可能不是必需的， 因此所公開的噴射器及相關(guān)清洗系統(tǒng)的復雜性和成本可降低。
本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可對 本申請的流體噴射器做出各種修改和改變?？紤]到這里所公開的噴射器的 說明和實踐，其它實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。例如，盡管所公 開的噴射器被示出從燃料系統(tǒng)抽取加壓燃料，但是如果需要的話，所公開 的噴射器可以可選擇地從單獨的專用源抽取加壓燃料。此外，盡管一般的 示例示出所公開的噴射器與用于顆粒物再生目的的燃料相關(guān)聯(lián)，但是可以 設想，如果需要的話，噴射器46可同樣容易地用于在選擇性催化還原 (SCR)設備中噴射氨、AdBlue和/或尿素。另外，可以設想，如果需要 的話，所公開的加熱器和控制系統(tǒng)可與空氣或化學清洗系統(tǒng)相結(jié)合，以便 從所公開的噴射器中更有效地除去液體燃料和/或殘余物。說明書和示例應 被認為僅是示例性的，本發(fā)明的真實范圍由下文的權(quán)利要求及其等同方案 給出。
權(quán)利要求
1.一種用于排氣處理系統(tǒng)(14)的流體噴射器(46)，包括體部(98)；設置在所述體部中的銷構(gòu)件(104)，所述銷構(gòu)件具有流體接收端和流體噴射端；以及圍繞所述銷構(gòu)件的流體噴射端設置的加熱器(106)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的流體噴射器，其特征在于，還包括環(huán)形地 圍繞所述銷構(gòu)件的流體噴射端的套管(102)，所述套管位于所述加熱器和 所述銷構(gòu)件之間，并且將所述加熱器連接到所述體部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的流體噴射器，其特征在于，還包括圍繞所 述加熱器的熱屏蔽(108)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體噴射器，其特征在于，在所述加熱器 和所述熱屏蔽之間保持絕緣空氣間隙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體噴射器，其特征在于，所述體部、銷 構(gòu)件、加熱器和套管被混合板(48)保持就位。
6. —種排氣處理系統(tǒng)(14),包括 構(gòu)造成接收排氣的通路(35);構(gòu)造成將流體噴射到所述通路內(nèi)的排氣中的噴射器(46);以及 聯(lián)接到所述噴射器的加熱器(106)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的排氣處理系統(tǒng)，其特征在于， 被所述流體噴射器接收和噴射的流體是柴油燃料；以及 所述排氣由柴油發(fā)動機(10)產(chǎn)生。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的排氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱器 聯(lián)接到所述噴射器的流體噴射端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的排氣處理系統(tǒng)，其特征在于，圍繞所述加 熱器設有熱屏蔽(108)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的排氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述噴射器包括體部(98);聯(lián)接到所述體部的套管(102);設置在所述體部中以接收流體的第一銷構(gòu)件(104);以及設置在所述套管中并與所述第 一銷構(gòu)件流體連通以噴射流體的第二銷構(gòu)件(100 )。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于排氣處理系統(tǒng)(14)的流體噴射器(46)。該流體噴射器可具有體部(98)、銷構(gòu)件(104)和加熱器(106)。所述銷構(gòu)件可設置在所述體部中，并且具有流體接收端和流體噴射端。所述加熱器可圍繞所述銷構(gòu)件的流體噴射端設置。
文檔編號F01N3/025GK101675219SQ200880014346
公開日2010年3月17日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月2日
發(fā)明者G·B·考克斯, J·R·韋伯, R·L·厄文, S·D·魯森步姆, S·M·威立 申請人:卡特彼勒公司