專利名稱：使用渦輪增壓器將空氣供給到減排裝置的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
>$^>開總體上涉及一種減排裝置。
背景技術(shù)：
減排裝置用于處理多種排氣的排放物。例如，已有減排裝置用于除
去排氣顆粒物質(zhì)、NOx(即，氮氧化物)、碳?xì)浠衔镆约耙谎趸肌?

發(fā)明內(nèi)容
才艮據(jù)>^/>開的一個方面，提供了一種設(shè)備，包括內(nèi)燃機(jī)、減排裝置 和渦輪增壓器。減排裝置在流體上連接到發(fā)動機(jī)，以M動機(jī)接收排氣。 渦輪增壓器包括空氣壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)在流體上連接到發(fā)動機(jī)，以將 增壓空氣供給到發(fā)動機(jī)，并且空氣壓縮機(jī)經(jīng)由不包括發(fā)動機(jī)的任何燃燒 部分的流路在流體上連接到減排裝置，以將增壓空氣供給到減排裝置。 本發(fā)明還7>開了 一種相關(guān)的方法。
才艮據(jù)^/>開的另一方面， 一種i殳備包括減排部件；回?zé)崞?，其?gòu) 造成產(chǎn)生用于減排部件再生的熱量；以及渦輪增壓器，其包括空氣壓縮 機(jī)，空氣壓縮機(jī)經(jīng)由不包括任何發(fā)動機(jī)燃燒部分的流路在流體上連接到 回?zé)崞?，以將增壓空氣供給到回?zé)崞鳌?br> 通過下面的描述和附圖，本公開的上^其他特征將變得明顯。


圖l是一個簡化框圖，示出了使用渦輪增壓器將增壓空氣供給到發(fā) 動機(jī)和減排裝置； 圖2是減排裝置的第一實施方式的簡化框圖；以及 圖3是減排裝置的第二實施方式的簡化框圖。
具體實施例方式
雖然4^Hf的原理適于多種變型和替代形式，但在附圖中還是以示 例方式示出了一些具體的示例性實施方式，并且將在這里對其進(jìn)行詳細(xì) 描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，這并不是意圖將本公開限制于所^S開的特定形式， 相反，本發(fā)明覆蓋了落入所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所 有變型、等同方式以及替代方式。
參照圖1,示出的設(shè)備IO包括用于將增壓空氣供給到內(nèi)燃機(jī)14(例 如，柴油發(fā)動機(jī))和減排裝置16的渦輪增壓器12，減排裝置16構(gòu)造為 從發(fā)動機(jī)14的排氣(圖中的標(biāo)記"EG")中去除排放物。發(fā)動機(jī)14在 其燃燒部分中將從燃料供給裝置18接收的燃料與從渦輪增壓器12接收 的增壓空氣進(jìn)行燃燒，從而產(chǎn)生用于^Mt渦輪增壓器12的排氣。減排 裝置16將從燃料供給裝置18接收的燃料與從渦輪增壓器12接收的增 壓空氣進(jìn)行燃燒，以去除排氣排放物。
渦輪增壓器12包括渦輪機(jī)20和通過渦輪機(jī)20操作的空氣壓縮機(jī) 22。渦輪機(jī)20的排氣入口 24在流體上連接到發(fā)動機(jī)14的排氣出口 26, 以從其接收排氣。排氣流過渦輪機(jī)20，以使渦輪機(jī)20操作空氣壓縮機(jī) 22。然后，排氣通過排氣出口 28排出渦輪機(jī)20，從而流到減排裝置16 的排氣入口 30,其中減排裝置16的排氣入口 30經(jīng)由排氣管線31在流 體上連接到渦^^機(jī)20的排氣出口 28。經(jīng)過減排裝置16的處理后，排氣 通過減排裝置16的排氣出口 32排出減排裝置16。
空氣壓縮機(jī)22以機(jī)械方式耦聯(lián)到渦輪機(jī)20，因此響應(yīng)穿過渦輪機(jī) 20的排氣流動而被操作?？諝鈮嚎s機(jī)22的操作使空氣(如未增壓空氣， 例如周圍空氣)通過空氣過濾器34h空氣壓縮機(jī)22的空氣入口 36。 空氣壓縮機(jī)22對空氣增壓，并通過空氣出口 38將增壓空氣排入空氣供 給管線40。
空氣供給管線40中的增壓空氣流在匯合部42處被分為發(fā)動機(jī)氣流 和裝置氣流。發(fā)動機(jī)氣流經(jīng)由連接匯合部42與發(fā)動機(jī)空氣入口 44的發(fā)
動機(jī)空氣管線45從匯合部42流到發(fā)動機(jī)14的空^1^口 44。發(fā)動機(jī)空 氣管線45中的中間冷卻器46在發(fā)動機(jī)空氣流ii^發(fā)動機(jī)14之前將其 冷卻。因此空氣供給管線40和發(fā)動器空氣管線45協(xié)作限定出用于將增 壓空氣從渦輪增壓器12導(dǎo)向發(fā)動機(jī)14的流路。
裝置氣流經(jīng)由連接匯合部42與裝置空氣入口 48的裝置空氣管線50 從匯合部42流到減排裝置16的空氣入口 48。裝置空氣管線50中的空 氣閥52可被操作以控制增壓空氣從空氣壓縮機(jī)22到減排裝置16的流 動，并且因此控制增壓空氣從空氣壓縮機(jī)22到發(fā)動機(jī)14的流動。因此 空氣供給管線40和裝置空氣管線50協(xié)作以限定出用于將增壓空氣從渦 輪增壓器12導(dǎo)向減排裝置16的流路。這個流路不包括發(fā)動機(jī)14的任 何燃燒部分53 (例如，任何發(fā)動機(jī)燃燒室)，因此供給到減排裝置16 的增壓空氣沒有在發(fā)動機(jī)14中與燃料發(fā)生燃燒。
空氣閥52可以采用多種形式。在一些示例中，空氣閥52可以是比 例閥(例如蝶形閥)。在其它示例中，空氣閥52可以是與裝置空氣管線 50中的氣流計量孔結(jié)合^f吏用的開/關(guān)斷流閥(例如電磁閥)。
燃料供給裝置18將燃料供給到發(fā)動機(jī)14和減排裝置16。同樣，燃 料供給裝置18經(jīng)由發(fā)動機(jī)燃料管線55在流體上連接到發(fā)動機(jī)14的燃 料入口 54以給發(fā)動機(jī)14供給燃料，并且經(jīng)由裝置燃料管線57在流體 上連接到減排裝置16的燃料入口 56以給裝置16供給燃料。燃料供給 裝置可以包括同時用于發(fā)動機(jī)14和減排裝置16的單燃料罐和燃料泵， 或者可以包括分別用于發(fā)動機(jī)14和減排裝置16的獨立的專用燃料罐和 燃料泵。
控制系統(tǒng)58控制發(fā)動機(jī)14、減排裝置16、空氣閥52以及燃料供 給裝置18的操作?？刂葡到y(tǒng)58經(jīng)由電線60電連接到發(fā)動機(jī)14以控制 發(fā)動機(jī)14的操作，經(jīng)由電線64電連接到空氣閥52以控制閥52的操作， 并且經(jīng)由一條或多條電線65電連接到燃料供給裝置18以控制燃料供給 裝置18的^Mt。才艮據(jù)減排裝置16的類型，控制系統(tǒng)58還可以經(jīng)由電 線62電連接到減排裝置16以控制裝置16的操作。電線62代表在控制 系統(tǒng)58與減排裝置16之間的任何類型的適合的電連接，這些都在本/> 開的范圍內(nèi)。
控制系統(tǒng)58可以采用多種形式。在一些示例中，控制系統(tǒng)58可以 包括發(fā)動機(jī)控制單元("ECU" ) 66,用于控制發(fā)動機(jī)14的操作；以 及控制器68,用于控制空氣閥52的操作并且在適合時控制減排裝置16 的操作。在這種情況下，ECU66和控制器68中的每一個可以經(jīng)由獨立 的電線65控制燃料供給裝置18的操作，以將燃料分別供給到發(fā)動機(jī)14 和裝置16,并且ECU 66和控制器68可以經(jīng)由電線70 (例如CAN鏈 路)彼此電連接，以便在它們之間進(jìn)行通訊。在其它示例中，控制器68 集成在ECU 66中。在這種情況下，可以僅存在一條電線65用于與燃 料供給裝置18通訊。
ECU 66可以構(gòu)造成以兩種發(fā)動機(jī)控制模式操作。在這種情況下， 當(dāng)空氣閥52關(guān)閉以阻斷增壓空氣從壓縮機(jī)22流到減排裝置16時，ECU 66以第一發(fā)動機(jī)控制模式操作，使得所有的增壓空氣從壓縮機(jī)22流到 發(fā)動機(jī)14。在第一發(fā)動機(jī)控制模式中，ECU66根據(jù)第一發(fā)動機(jī)映射方 案IMt發(fā)動機(jī)14。當(dāng)空氣閥至少部分開啟時，ECU66以第二發(fā)動;IM^ 制模式^Mt，使得增壓空氣從壓縮機(jī)22流到發(fā)動機(jī)14和減排裝置16。 示例性地，大約95%的增壓空氣可以流到發(fā)動機(jī)14,而余下的5%的增 壓空氣流到減排裝置16。在第二發(fā)動機(jī)控制模式中，ECU66根據(jù)第二 發(fā)動機(jī)映射方案操作發(fā)動機(jī)14，從而使得流到發(fā)動機(jī)14的空氣減少。
參考圖2，示出了減排裝置116,其被構(gòu)造成用作i殳備10中的減排 裝置16。裝置116包括回?zé)崞?20，回?zé)崞?20產(chǎn)生熱量，以^f更燃燒掉 顆粒過濾器124捕集的顆粒物質(zhì)。產(chǎn)生的熱量與排氣中存在的氧氣共同 將捕集的顆粒物質(zhì)氧化，從而使過濾器124再生用于進(jìn)一步的使用?？?制系統(tǒng)58操作空氣閥52、燃料供給裝置18以及回?zé)崞?20，從而根據(jù) 需要以規(guī)律或無規(guī)律的時間間隔(例如每天l-4次)和/或根據(jù)一些其 它的預(yù)定再生標(biāo)準(zhǔn)使過濾器124再生。
示例性地，回?zé)崞?20構(gòu)造成燃燒器。在這種情況下，回?zé)崞?20 從裝置燃料管線57接收燃料、經(jīng)由霧化空氣管線59從霧化空氣供給裝 置61接收較高壓力的燃料霧化空氣，并且經(jīng)由裝置空氣管線50從空氣 壓縮機(jī)22接收較低壓力的燃燒空氣。霧化空氣供給裝置61可以是具有 設(shè)備IO的車輛的空氣制動系統(tǒng)。霧化空氣用于霧化燃料，以促進(jìn)燃料 與燃燒空氣的燃燒。燃燒空氣與霧化空氣相比具有較低的壓力，并且會 被引入到回?zé)崞?20的燃燒室用于與燃料一起燃燒。經(jīng)由連接裝置62 從控制系統(tǒng)58接收的電能用于點燃燃燒室中的燃料?？諝鈮嚎s機(jī)22能
夠向回?zé)崞?20供給沐積相對相對較大的燃燒空氣，以滿足回?zé)崞?20 對燃燒空氣的需要。因此，由回?zé)崞?20產(chǎn)生的熱量用于在過濾器124 的再生中使用。為了公開適合的回?zé)崞?20，在此將2004年8月31日 提交并轉(zhuǎn)讓給本申請的相同受讓人的美國專利申請第10/931,028號以及 2004年7月20日提交并轉(zhuǎn)讓給本申請的相同受讓人的美國專利申請第 10/894,548號以引用方式并入本文。
減排裝置116包括一個位于回?zé)崞?20上游的空氣-燃料混合器也 在本公開的范圍內(nèi)。在這種情況下，混合器將從裝置空氣管線50接收 的空氣與從裝置燃料管線57接收的燃料混合，并且將空氣-燃料混合 物供給到回?zé)崞饔脕砣紵?，從而產(chǎn)生用于燃燒由過濾器124捕集的顆粒 物質(zhì)的熱量.
參照圖3，示出了減排裝置216,其被構(gòu)造成用作設(shè)備IO中的減排 裝置16。裝置216的燃料重整器218使用經(jīng)由裝置空氣管線50從渦輪 增壓器12供給的增壓空氣，將經(jīng)由裝置燃料管線57從燃料供給裝置18 供給的燃料重整為重整氣(例如，氫氣(112)、 一氧化碳(CO))。重整 氣經(jīng)由用于連接減排部件220的重整氣管線222 ^減排部件220。排 氣也經(jīng)由排氣管線31 ii/v減排部件。
燃料重整器218可以具體化為任何類型的燃料重整器，例如催化燃 料重整器、熱燃料重整器、蒸氣燃料重整器或者任何其他類型的部分氧 化燃料重整器。燃料重整器218還可以具體化為等離子體燃料重整器， 其利用等離子體(即電弧)將空氣和烴類燃料的混合物轉(zhuǎn)化為重整氣。 美國專利第5,425,332號、第5,437,250號、第5,409,784號和第5,887,554 號、美國專利申請第10/452,623號以及美國臨時專利申請第60/660,362 號公開了包括等離子體燃料重整器的系統(tǒng)，在此將這些公開以引用方式 并入本文。在燃料重整器218是等離子體燃料重整器的情況下，電線62 將電能供給到重整器218以在其中產(chǎn)生用于將燃料重整為重整氣的等離 子體。
部件220可以采用多種形式。在一個示例中，部件220是NOx吸 附器，其捕集處于稀薄狀態(tài)下的NOx。流過NOx吸附器的排氣可以通 過重整器218的操作不時地富化。在這種富化狀態(tài)下，捕集的NOx被 釋放并且還原為氮。根據(jù)另一個示例，所述部件是選擇性催化還原催化 劑，其對重整氣的一種或多種成分與排氣中存在的NOx之間的反應(yīng)進(jìn)行催化，從而減少NOx。在另一示例中，所述部件是顆粒去除裝置，其 形式為催化顆粒過濾器或者氧化催化劑與催化的或未催化的顆粒過濾 器的結(jié)合。根據(jù)又一示例，所述部件可以是柴油顆粒NOx消減裝置 ("DPNR")，其構(gòu)造為集成的NOx吸附器與顆粒過濾器。
雖然已在附圖和前面的描述中對本公開的原理進(jìn)行了詳細(xì)圖示和 說明，但是這樣的圖示和說明在性質(zhì)上應(yīng)該被認(rèn)為是示例性的而非限制 性的，應(yīng)當(dāng)理解，僅示出和描述了示例性的實施方式，而且落入>$^>開 的精神范圍內(nèi)的所有改動和變型都期望受到保護(hù)。
從此處描述的系統(tǒng)的各種特征來看，本發(fā)明的原理具有多個優(yōu)點。 應(yīng)當(dāng)指出，本公開的每個系統(tǒng)的替代實施方式可以不包括描述的所有特 征，但仍然可從這些特征的至少一些優(yōu)點中受益。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員可以容易地設(shè)計出他們自己的包括本公開一個或多個特征的系統(tǒng)的 實施方式，這些實施方式仍然落入所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括以下步驟操作渦輪增壓器，以將增壓空氣(i)從所述渦輪增壓器推進(jìn)到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，并且(ii)經(jīng)由不包括所述發(fā)動機(jī)的任何燃燒部分的流路從所述渦輪增壓器推進(jìn)到減排裝置。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述操作步驟包括 利用所述發(fā)動機(jī)的排氣來操作所述渦輪增壓器的渦輪機(jī)，以及響應(yīng)于所述渦輪機(jī)的操作而操作所述渦輪增壓器的空氣壓縮機(jī)，以 將增壓空氣從所述空氣壓縮機(jī)推進(jìn)到所述發(fā)動機(jī)和所述減排裝置。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述操作步驟包括將所述渦輪增壓器的空氣壓縮機(jī)排出的增壓空氣流分成第一空氣 流和第二空氣流，將所述第一空氣流推進(jìn)到所述發(fā)動機(jī)，以及將所述第二空氣流推進(jìn)到所述減排裝置。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述操作步驟包括操作空氣 閥，以控制增壓空氣從所述渦輪增壓器到所述發(fā)動機(jī)以及到所述減排裝 置的流動。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中， 所述減排裝置包括回?zé)崞鳎⑶宜霾僮鞑襟E包括將增壓空氣同時從所述渦輪增壓器推進(jìn)到所述 發(fā)動機(jī)以及從所迷渦輪增壓器推進(jìn)到所述回?zé)崞鳌?br> 6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述減排裝置包括燃料重整器，并且所述操作步驟包括將增壓空氣同時從所迷渦輪增壓器推進(jìn)到所述 發(fā)動機(jī)以及從所述渦輪增壓器推進(jìn)到所述燃料重整器。
7. —種設(shè)備，包括 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，減排裝置，其在流體上連接到所述發(fā)動機(jī)以從其接收排氣，以及渦輪增壓器，其包括空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)在流體上連接到 所述發(fā)動機(jī)以將增壓空氣供給到所述發(fā)動機(jī)，并且所述空氣壓縮機(jī)經(jīng)由置以將增壓空氣供給到所述減排裝置(
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中 所述發(fā)動機(jī)包括空氣入口和排氣出口， 所述減排裝置包括空氣入口和排氣入口 ，所述空氣壓縮機(jī)包括增壓空氣出口，其在流體上連接到所述發(fā)動機(jī) 的空氣入口和所述減排裝置的空氣入口，以及所述渦輪增壓器包括渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)包括(i)排氣入口，其在 流體上連接到所述發(fā)動機(jī)的排氣出口，以及(ii)排氣出口，其在流體 上連接到所述減排裝置的排氣入口 。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括在匯合部彼此固定的第一、 第二和第三空氣管線，其中所述第一空氣管線連接所述空氣壓縮機(jī)和所述匯合部，所述第二空氣管線連接所述匯合部和所述發(fā)動機(jī)，以及所述第三空氣管線連接所述匯合部和所述減排裝置。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述第三空氣管線包括空氣閥。
11. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述減排裝置包括顆粒過濾器和用于燃燒掉所述顆粒過濾器捕集 的顆粒物質(zhì)的燃燒器，并且所述空氣壓縮機(jī)在流體上連接到所述燃燒器，以為其供給增壓空氣。
12. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述減排裝置包括一部件和在流體上連接到所述部件從而為其供 給重整氣的燃料重整器，并且所述空氣壓縮機(jī)在流體上連接到所述燃料重整器，從而其供給增壓 空氣。
13. 如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述燃料重整器是等離子體 燃料重整器，而所述減排部件是NOx吸附器。
14. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括空氣閥，所述空氣閥構(gòu) 造成控制增壓空氣從所述空氣壓縮機(jī)到所述發(fā)動機(jī)以及到所述減排裝置的流動。
15. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括(i)電連接到所述發(fā) 動機(jī)的發(fā)動機(jī)控制單元，以及(ii)電連接到所迷發(fā)動機(jī)控制單元、所 述空氣閥和所述減排裝置的控制器。
16. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括電連接到所述發(fā)動機(jī)、 所述空氣閥和所述減排裝置的發(fā)動機(jī)控制單元。
17. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括發(fā)動機(jī)控制單元，所述 發(fā)動機(jī)控制單元配置為在增壓空氣從所述空氣壓縮機(jī)推進(jìn)到所述發(fā)動 機(jī)而不推進(jìn)到所述減排裝置時，根據(jù)第 一發(fā)動機(jī)控制模式控制所述發(fā)動 機(jī)，并且還被配置為在增壓空氣從所迷空氣壓縮機(jī)推進(jìn)到所述發(fā)動機(jī)和 所述減排裝置時，根據(jù)第二發(fā)動機(jī)控制模式控制所述發(fā)動機(jī)。
18. —種設(shè)備，包括 減排部件，回?zé)崞?，其?gòu)造成產(chǎn)生用于所述減排部件再生的熱量，以及渦輪增壓器，其包括空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)經(jīng)由不包括任何 發(fā)動機(jī)燃燒部分的流路在流體上連接到所述回?zé)崞鳎詫⒃鰤嚎諝夤┙o 到所述回?zé)崞鳌?br> 19. 如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括燃料供給裝置和霧化 空氣供給裝置，其中所述減排部件包括顆粒過濾器，所述回?zé)崞靼ㄓ糜谌紵羲鲱w粒過濾器捕集的顆粒物質(zhì)的燃 油式燃燒器，所述燃料供給裝置在流體上連接到所述燃燒器，所述霧化空氣供給裝置在流體上連接到所述燃燒器，以供給燃料霧 化空氣用于將所述燃料供給裝置供給的燃料霧化，并且所迷渦輪增壓器包括(i)渦輪機(jī)，其在流體上連接到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的 排氣出口，以及(ii)空氣壓縮機(jī)，其以機(jī)械方式耦聯(lián)到所迷渦輪機(jī)從 而被操作，并且在流體上連接到所述燃燒器以供給燃燒空氣用于與所迷 燃料供給裝置供給的燃料一起燃燒。
20. 如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中所 述渦輪增壓器還在流體上連接到所述發(fā)動機(jī)，為其供給增壓空氣。
全文摘要
一種設(shè)備，包括內(nèi)燃機(jī)、減排裝置和渦輪增壓器。減排裝置在流體上連接到發(fā)動機(jī)以從發(fā)動機(jī)接收排氣。渦輪增壓器包括空氣壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)在流體上連接到發(fā)動機(jī)以將增壓空氣供給到發(fā)動機(jī)，并且空氣壓縮機(jī)經(jīng)由不包括發(fā)動機(jī)的任何燃燒部分的流路在流體上連接到減排裝置以將增壓空氣供給到減排裝置。本發(fā)明還公開了一種相關(guān)的方法。
文檔編號F01N5/04GK101208501SQ200680014530
公開日2008年6月25日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者克里斯托弗·赫夫邁耶, 威廉·泰勒, 孔優(yōu)根, 托馬什·科扎凱維奇, 約翰·阿貝爾 申請人:排放控制技術(shù)有限公司