用于清洁排气后处理系统的部件的方法和排气系统与流程

1.本发明涉及一种用于清洁设置在燃烧式发动机下游的排气后处理系统的至少一个部件的方法。本发明还涉及一种燃烧式发动机的排气系统和包括这种系统的车辆。
2.本发明可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。虽然将针对卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆，而是也可用在其它车辆中，例如乘用轿车和工程机械。本发明还可以应用于其中使用燃烧式发动机和排气后处理系统的船舶和固定式建筑设备。


背景技术：

3.排气后处理系统(eats)通常用于汽车领域，以减少来自燃烧式发动机的排放。为了遵守现有的和即将到来的排放法规，希望最小化冷启动排放。此外，eats的稳健性和耐久性对于确保遵守此类排放法规来说变得越来越重要。
4.eats的系统稳健性和耐久性在很大程度上取决于用来最小化eats失活的不同方法。在由燃烧式发动机驱动的重型车辆的整个使用寿命期间，eats部件会受到某些导致失活的排放物的影响。失活会对车辆的氮氧化物转化、过滤能力和燃料消耗产生负面影响。失活的一个特殊问题是部件的物理堵塞，这主要是由来自燃烧过程的灰烬和碳烟造成的。
5.de4134949公开了在维修期间使用压缩空气对eats的碳烟过滤器进行清扫和后续的热再生。为了清扫碳烟过滤器，在碳烟过滤器的两侧上设置有两个专用的维修开口，用于将压缩空气沿着与排气的正常流动方向相反的方向吹过碳烟过滤器的压力喷嘴被引入到这两个专用的维修开口中。
6.然而，除了碳烟过滤器之外，eats通常还包括许多不同的部件，这些部件(例如包括柴油氧化催化剂、选择性催化还原催化剂和/或处于其它各种构造的催化活性部件)会受到物理堵塞的负面影响。此外，eats内的可用空间非常有限，这使得在维修期间难以在不必移除部件的情况下为了清洁的目的而触及不同的部件。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的是提供一种减轻现有技术的方法和系统的至少一些缺点的方法和排气系统。特别地，一个目的在于提供一种用于高效地清洁排气后处理系统(eats)的一个或多个部件而无需移除部件的通用方法。进一步的目的在于提供一种空间高效的排气系统，其中可以容易地清洁eats的一个或多个部件而无需移除部件。
8.根据本发明的第一方面，至少通过一种用于清洁排气后处理系统的至少一个部件的方法来实现所述主要目的。
9.该排气后处理系统在燃烧式发动机的下游位于由外壁界定的排气流动路径中，该排气后处理系统包括：
[0010]-至少两个设备，其中，所述至少两个设备中的第一设备在排气流动路径中在所述至少一个部件的上游以可释放方式安装在所述外壁中，并且所述至少两个设备中的第二设
备在排气流动路径中在所述至少一个部件的下游以可释放方式安装在所述外壁中，所述至少两个设备中的每一个是传感器或喷射器。
[0011]
该方法包括：
[0012]-在第一设备的上游和第二设备的下游密封所述排气流动路径，
[0013]-至少移除所述第一设备和第二设备，从而在所述外壁中提供至少两个开口，以便提供排气后处理系统的清洁流动路径，以及
[0014]-将清洁流体引入到所述至少两个开口中的至少一个中，使得该清洁流体经由所述清洁流动路径流过所述至少一个部件。
[0015]
根据本发明的第二方面，至少通过一种燃烧式发动机的排气系统来实现所述主要目的。该排气系统包括：
[0016]-外壁，该外壁界定排气系统的排气流动路径，
[0017]-排气后处理系统，该排气后处理系统位于所述排气流动路径内，该排气后处理系统包括用于处理排气的至少一个部件，
[0018]-至少两个设备，其中，所述至少两个设备中的第一设备在排气流动路径中在所述至少一个部件的上游以可释放方式安装在所述外壁中，并且所述至少两个设备中的第二设备在排气流动路径中在所述至少一个部件的下游以可释放方式安装在所述外壁中，所述至少两个设备中的每一个是传感器或喷射器，其中，所述至少两个设备是可移除的，以便在所述外壁中形成至少两个开口，所述至少两个开口中的至少一个被构造成接收清洁流体，并且所述至少两个开口中的至少另一个被构造成排出清洁流体，从而提供排气后处理系统的清洁流动路径，以及
[0019]-用于在第一设备的上游和第二设备的下游密封所述排气流动路径的装置。
[0020]
待清洁的一个或多个部件可以是一个或多个催化活性部件，例如至少一个柴油氧化催化剂(doc)和/或至少一个选择性催化还原(scr)催化剂。在一些情况下，该部件可以是至少一个柴油微粒过滤器(dpf)。所述至少一个部件可以是组合式doc-dpf，或是组合式scr-dpf。所述一个或多个部件也可以是氨滑移催化剂(asc)、贫nox捕集器(lnt)、nox储存还原(nsr)催化剂、汽油微粒过滤器(gpf)和/或被动nox吸附器(pna)。该方法通常适用于其中催化活性部件和以可释放方式安装的设备依次位于排气流动路径内的eats。待清洁的部件也可以例如是排气系统的混合箱，尿素晶体可能会积聚在该混合箱中。
[0021]
由于呈一个或多个传感器和/或一个或多个喷射器形式的所述至少两个设备是已经存在于排气后处理系统(eats)中并在其正常运行期间使用的设备，所以在无需使用额外的专用部件(例如盖子、塞子、阀或类似部件)的情况下实现了排气流动路径的外壁中的开口。因此，实现了一种用于清洁eats的部件的方法，通过该方法，最小化了对eats内的专用部件的额外空间需求。代替这种额外部件，在清洁过程中利用了通过移除标准设备(呈可移除的传感器和/或喷射器的形式)而提供的开口。这种标准设备已经存在于eats中，并且在eats的运行期间需要其来控制和监测催化转化过程。由于通常在eats内的各种位置上提供并且需要这种设备，所以实现了一种通用方法，通过该通用方法，可以使用清洁流体来清扫被设置在两个可移除的标准设备之间的任何部件或多个部件。
[0022]
因而，所述至少两个设备中的每一个是传感器或喷射器，这是eats的正常运行期间所需要的。至少一个传感器可以包括至少一个温度传感器和/或至少一个碳烟检测传感
器，例如射频传感器和/或至少一个氨传感器。至少一个喷射器可以包括至少一个尿素喷射器和/或至少一个柴油喷射器。
[0023]
通过移除所述至少两个设备而提供的开口形成所述清洁流动路径的至少一个入口和至少一个出口。清洁流体从所述至少一个入口经由清洁流动路径流过所述至少一个部件，并且流动到所述至少一个出口。因而，经由所述至少一个入口引入的清洁流体经由所述至少一个出口被排放/排出。被构造成接收清洁流体的开口可以包括用于连接软管或管道或类似物的联接接口。同样，被构造成排出流体的开口也可以包括这种联接接口。
[0024]
可以使用所提出的方法来清洁两个或更多个部件，要么通过提供用于喷射/排出清洁流体的不止两个开口并行地进行清洁，要么通过使清洁流体从通过移除第一设备而提供的入口流过依次位于排气流动路径中的两个或更多个部件到达通过移除第二设备而提供的出口来依次进行清洁。该方法不限于移除两个或三个以可释放方式安装的设备。而是，为了清洁而移除的以可释放方式安装的设备的数目可以根据排气系统和eats的构造以及例如执行该清洁的维修站处的条件而变化。
[0025]
本文所述的清洁方法可以用作热再生过程的替代方案或与其结合，以恢复所述至少一个部件的催化活性。
[0026]
可选地，排气后处理系统在排气流动路径中位于涡轮增压器的下游，并且，密封所述排气流动路径包括：在涡轮增压器处密封所述排气流动路径。
[0027]
可选地，在涡轮增压器处密封所述排气流动路径包括：防止涡轮增压器的涡轮机旋转。当涡轮机被锁定以免旋转时，涡轮机的涡轮机叶片阻止清洁流体穿过涡轮机。因而，该涡轮机用作阀。替代地，可以在涡轮增压器的下游设置有专用阀，其中，密封所述排气流动路径包括关闭该阀。
[0028]
对应地，排气系统可以包括在排气流动路径中位于第一设备上游的涡轮增压器，其中，用于密封所述排气流动路径的装置包括用于防止涡轮增压器的涡轮机旋转的装置。用于防止涡轮机旋转的这种装置例如可以是被构造成作用在将该涡轮机与涡轮增压器的压缩机连接的轴上并因此使旋转停止的设备。
[0029]
可选地，排气后处理系统在排气流动路径中位于尾管的上游，并且，密封所述排气流动路径包括阻塞该尾管。由此，可以以时间高效的方式在待清洁的部件的下游实现所述排气流动路径的密封。可以使用塞子阻塞该尾管。此外，这是一种空间上高效的解决方案，因为在其中可用空间通常受限的排气系统内不需要额外部件。
[0030]
可选地，在排气流动路径中在第二设备的下游还设置有阀，并且，密封所述排气流动路径包括关闭该阀。因而，用于密封所述排气流动路径的装置可以包括在排气流动路径中设置在第二设备下游的阀。这可以是阻塞所述尾管的替代方案。该阀提供了更大的通用性，因为它可以设置在将不被清洁的一个/多个部件的上游。
[0031]
该清洁流体可以包括清洁气体，和/或该清洁流体可以包括压缩空气，并且/或者该清洁流体可以包括液体。因而，该清洁流体可以包括单一清洁气体(例如压缩空气)、单一液体、或一种或多种气体和/或一种或多种液体的组合。
[0032]
可选地，该清洁流体包括清洁气体。该清洁气体可以是压缩的清洁气体，例如压缩空气或者压缩空气和另一种压缩气体的组合。该清洁气体可以是气体的混合物，或者它可以是单一气体。可以使用可对排气系统执行非反应性机械清洁的任何合适的气体。它也可
以是引起反应流的气体，例如含氢的气体。该气体应优选为非腐蚀性气体。
[0033]
可选地，该清洁流体包括压缩空气。该清洁流体可以由压缩空气组成，或者它可以由压缩空气和一种或多种其它气体的混合物组成。该清洁流体还可以包括压缩空气和液体的混合物。通过使用压缩空气作为清洁流体，实现了对eats的物理(即，机械)清洁。压缩空气可以容易地由维修站处的压缩机提供。例如可以以100-200升/分钟的流速提供压缩空气达20-120秒的时长，例如以120-150升/分钟的流速提供压缩空气达30-60秒。也可以使用其它的流速和时长。已经发现，经由eats的清洁流动路径吹送压缩空气是物理消除scr部件和doc部件的(由灰烬和碳烟引起的)堵塞的高效方法。
[0034]
可选地，该清洁流体包括液体。该清洁流体可以由液体组成，或者它可以由气体和液体的混合物组成。例如，通过使用诸如醋酸或另一种弱酸的酸性液体作为清洁流体，可以实现对部件的化学清洁。该液体可以是任何不会损坏例如待清洁的部件的催化涂层的液体。
[0035]
可选地，将清洁流体引入到所述至少两个开口中的至少一个中包括：将清洁流体仅引入到所述至少两个开口中的一个中。所述至少两个开口中的一个或两个其它开口可以用于在该清洁流体流过一个或多个部件之后排出该清洁流体。
[0036]
可选地，所述至少一个部件至少包括第一部件和第二部件，该第一部件在排气流动路径中位于第二部件的上游，其中，排气系统或排气后处理系统还包括呈传感器或喷射器形式的第三设备，该第三设备在第一部件和第二部件之间以可释放方式安装在所述外壁中，其中，该方法进一步包括：
[0037]-移除第三设备，由此，向所述排气流动路径中提供至少三个开口。
[0038]
以这种方式，两个部件可以同时被清洁，而不必依次被清洁。由此，这两个部件可以并行地被清洁。
[0039]
可选地，该方法包括：
[0040]-将清洁流体仅引入到通过移除第三设备而提供的开口中，使得清洁流体在两个相反方向上流过第一部件和第二部件。
[0041]
由此，使用单个入口实现了对第一部件和第二部件的并行清洁。在这种情况下，将通过经由移除第一设备和第二设备而提供的开口排出该清洁流体。
[0042]
可选地，该方法包括：
[0043]-将清洁流体同时引入到所述至少三个开口中的至少两个中。
[0044]
由此，通过使用两个入口并且通过使用一个公共开口作为用于排出清洁流体的出口，可以实现对第一部件和第二部件的并行清洁。替代地，取决于排气系统的构造，可以通过移除至少两个以可释放方式安装的设备中的附加设备来提供不止一个出口开口。
[0045]
可选地，排气后处理系统包括微粒过滤器，例如柴油微粒过滤器，并且第一设备和第二设备二者都在排气流动路径中位于该微粒过滤器的上游。以这种方式，微粒过滤器(例如，dpf)不受清洁的影响，因为它位于清洁流动路径之外。该微粒过滤器的某种堵塞是有益的，因为它有助于微粒物质的过滤。
[0046]
可选地，该方法进一步包括：在使清洁流体流过所述至少一个部件之后：
[0047]-将已移除的设备重新安装在所述外壁中，以及
[0048]-重新打开所述排气流动路径。
[0049]
因而，eats可以快速准备好在清洁之后再次运行。
[0050]
可选地，引入清洁流体包括将至少一个管道或软管连接到所述至少两个开口中的至少一个，其中，经由所述至少一个管道或软管引入清洁流体。该管道或软管可以设有喷嘴，用于经由该开口引入清洁流体，该开口用作所述清洁流动路径的入口。该管道或软管可以连接到其中容纳清洁流体的罐或容器，例如连接到压缩机的压缩室。另一个管道或软管可以连接到所述至少两个开口中的另一个开口，该另一个开口用作所述清洁流动路径的出口。
[0051]
根据本发明的第三方面，提供了一种包括燃烧式发动机(例如内燃发动机)以及根据本发明的第二方面的排气系统的车辆。该车辆可以是重型车辆，例如公共汽车、卡车或工程机械。
[0052]
在以下描述中公开了本发明的进一步的优点和有利特征。
附图说明
[0053]
参考附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
[0054]
在这些图中：
[0055]
图1是车辆的示意性侧视图，
[0056]
图2是示出了根据本发明的第一方面的方法的流程图，
[0057]
图3是根据第一实施例的排气系统在正常运行期间的示意图，图4示出了在清洁期间的图3的排气系统，并且
[0058]
图5是根据第二实施例的排气系统在清洁期间的示意图。
[0059]
这些图是示意性的并且未按比例绘制。
具体实施方式
[0060]
图1中示意性地示出了卡车形式的车辆1。车辆1包括：内燃发动机(未示出)，该内燃发动机用于推进车辆1；和排气系统100、200，该排气系统100、200用于引导和处置由内燃发动机产生的排气。
[0061]
在图3中示意性地示出了可以应用在车辆1中的根据第一实施例的排气系统100，图3示出了车辆运行期间的排气系统100。外壁114界定排气系统100的排气流动路径105，该排气流动路径105从发动机(未示出)经由涡轮增压器110的涡轮机、排气后处理系统(eats)120并通过设置在eats 120的下游的尾管115延伸，排气经由尾管115排放。在所示的实施例中位于排气流动路径105内的eats 120包括用于处理排气的三个部件102、103、104。在所示的实施例中，部件102、103、104分别是柴油氧化催化剂(doc)载体102、柴油微粒过滤器(dpf)载体103以及选择性催化还原(scr)载体104。此外，呈第一温度传感器106和第二温度传感器107形式的设备106、107设置在doc载体102的两侧。尿素喷射器108形式的另一设备108设置在dpf载体103和scr载体之间，以在scr载体104的上游喷射尿素。第一温度传感器106和第二温度传感器107以可释放方式安装在排气系统100的外壁114中。尿素喷射器108也可以以可释放方式安装在外壁114中。
[0062]
在该燃烧式发动机的运行期间，排气沿着排气流动路径105穿过eats 120，如图3中所示，经由部件102、103、104。温度传感器106、107持续地监测排气系统100内的温度，并
且尿素喷射器108喷射在scr载体104处进行催化转化所需的尿素。
[0063]
图4示出了在使用根据本发明的实施例的方法清洁eats 120的一个部件(即，doc载体102)期间的排气系统100。在本实施例中，呈压缩空气形式的清洁流体被吹送通过清洁流动路径109，通过移除第一温度传感器106和第二温度传感器107通过eats 120的一部分来提供清洁流动路径109。该燃烧式发动机(未示出)被关闭，因此不产生排气。
[0064]
在图2的流程图中示出了根据本发明的实施例的用于清洁图3和图4中所示的排气系统100的doc载体102的方法。该方法包括以下步骤：
[0065]
s1)在第一设备106(这里是第一温度传感器106)的上游和第二设备107(这里是第二温度传感器107)的下游密封该排气流动路径105。在本实施例中，这分别通过使用涡轮机锁定设备(未示出)锁定涡轮增压器110的涡轮机以免旋转以及通过使用塞子117阻塞尾管115来实现。
[0066]
s2)从外壁114移除第一设备106和第二设备107(即，第一温度传感器106和第二温度传感器107)。由此，在外壁114中提供第一开口111和第二开口112，以便横跨待清洁的部件或多个部件(这里仅是doc载体102)提供eats 120的清洁流动路径109。
[0067]
步骤s1和s2为清洁做准备，并且可以以任何合适的顺序执行。步骤s1或s2可以在完全或部分地施行步骤s1和s2二者中的另一个之前完全或部分地执行。
[0068]
s3)将清洁流体引入到第一开口111中，使得该清洁流体经由清洁流动路径109流过待清洁的部件或多个部件(这里是doc载体102)，并经由第二开口112流出。当排气流动路径105已经被阻塞并且当温度传感器106、107已经被移除时，该步骤在步骤s1和s2之后施行。在本实施例中，该清洁流体为从压缩机118提供的压缩空气的形式，压缩机118通过软管或管道(未示出)连接到第一开口111。替代地，该压缩空气可以被引入到第二开口112中，并经由第一开口111排出。
[0069]
虽然图4中未示出，但尿素喷射器108也可以以可释放方式安装并且是可移除的，以便在外壁114中提供第三开口(未示出)。例如，在希望清洁dpf载体103的情况下，这可以是有用的。如果仅要清洁dpf载体103，则可以通过移除第二温度传感器107和尿素喷射器108来提供两个开口，从而横跨dpf载体103提供清洁流动路径。这可以独立地执行，或者与doc载体102的清洁结合执行，即，在doc载体102的清洁之前或之后执行。
[0070]
如果要同时清洁dpf载体103和doc载体102二者，则可以例如通过移除第一温度传感器106和尿素喷射器108而横跨部件102、103二者提供清洁流动路径。在这种情况下，第一温度传感器106构成被设置在待清洁的部件102、103上游的第一设备，并且尿素喷射器108构成被设置在待清洁的部件102、103下游的第二设备。该清洁流体可以优选通过经由移除第一温度传感器106而提供的第一开口111被引入，并且通过经由移除尿素喷射器108而提供的第三开口被排出。
[0071]
温度传感器106、107二者和尿素喷射器108也可以同时被移除，从而提供具有三个开口的清洁流动路径。该清洁流体可以优选通过第一开口111被引入，并通过第二开口112和第三开口被排出，该第三开口是通过移除尿素喷射器108而提供的。
[0072]
根据本发明的实施例的方法还可以包括在图2中用虚线标记的以下步骤，以在清洁之后使排气系统100准备好进行正常运行：
[0073]
s4)将已移除的设备重新安装在外壁114中，从而关闭清洁流动路径109。在图4所
示的实施例中，所述已移除的设备对应于温度传感器106、107。
[0074]
s5)重新打开排气流动路径105，在本实施例中，这通过解锁所述涡轮机使得涡轮机可以再次自由旋转并通过从尾管115移除塞子117来进行。
[0075]
可以利用安装在eats 120中的部件102、103、104施行所有步骤s1-s5，即，在清洁之前无需移除任何部件。
[0076]
可以在各种不同构造的eats中施行该方法以清洁部件，只要该eats包括呈至少一个传感器和/或至少一个喷射器形式的至少两个以可释放方式安装的设备即可，所述至少两个以可释放方式安装的设备可以被移除以横跨待清洁的部件或多个部件产生清洁流动路径，并且该eats还包括分别用于在所述部件的上游和下游密封排气流动路径的装置。
[0077]
在图5中示意性地示出了可以应用该方法的根据第二实施例的排气系统200的示例，图5示出了清洁期间的排气系统200。这里的排气系统200包括：涡轮机210；eats 220，其具有第一scr载体202a和第二scr载体202b，其中，第一scr载体202a安装在doc载体203和dpf载体204的上游，而第二scr载体202b安装在doc载体203和dpf载体204的下游；以及尾管215。第一温度传感器206以可释放方式安装在eats 220的外壁214中，处于第一scr载体202a和doc载体203之间，并且第二温度传感器207以可释放方式安装在doc载体203和dfp载体204之间。第一尿素喷射器208a设置在第一scr载体202a的上游，并且第二尿素喷射器208b直接设置在第二scr载体202b的上游。用于密封和打开所述排气流动路径(未示出)的阀216设置在尾管215中或直接设置在尾管215的上游。替代地，阀216可以设置在dpf载体204和scr载体202b之间。
[0078]
在图5所示的实施例中，第一尿素喷射器208a和温度传感器206、207是可移除的，以便横跨第一scr载体202a和doc载体203产生清洁流动路径209。因而，第一scr载体202a构成待清洁的第一部件202a，并且doc载体203构成待清洁的第二部件203。因而，在排气流动路径中设置在第一部件202a上游的第一尿素喷射器208a构成第一设备208a，设置在第二部件203下游的第二温度传感器207构成第二设备207，并且设置在部件202a、203之间的第一温度传感器206构成第三设备206。因此，通过分别移除设备206、207和208a，提供了三个开口212、213、211。压缩机或清洁流体罐218连接到通过移除第三设备206而提供的开口212，并且其余两个开口211、213用于排出该清洁流体，使得该清洁流体在两个相反方向上流过第一部件202a和第二部件203。在替代实施例中，该清洁流体可以经由开口211或213被引入，并且通过其它开口中的一个或两个被排出。
[0079]
当然，第二尿素喷射器208b也可以以可释放方式被安装，虽然预计对dpf载体204进行清洁的需求小于对排气流动路径中的dpf载体204上游的部件进行清洁的需求。
[0080]
在第二实施例中所示的包括在排气流动路径中串联连接的两个scr载体的类型的eats 220的其它构造中，该eats可以包括单个pt/pd dpf部件而不是分开的dpf载体和doc载体，或者该eats可以包括位于两个scr载体之间的集成式doc-dpf部件。
[0081]
应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在本发明的范围内进行许多修改和变型。例如，诸如安装在eats的外壁中的传感器和/或喷射器的任何合适的设备都可以用于清洁流体的喷射和/或排放。此外，eats可以具有许多不同的构造，可以具有可使用清洁流体来清洁的以不同的顺序和数目安装的部件。来自第一实施例和第二实施例的特征可以组合，例如，可以将阀216更换为塞子117，
反之亦然。此外，在一些实施例中，该eats可以包括在排气流动路径中位于doc载体和scr载体之间的组合式scr和dpf部件。