專利名稱：用于在冷起動期間捕集液體排放的系統(tǒng)及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
用于在冷起動期間捕集液體排放的系統(tǒng)及裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動機排氣系統(tǒng)的系統(tǒng)及裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)動機在緊接著起動之后產(chǎn)生的排放可能高于在發(fā)動機處于最佳運轉(zhuǎn)溫度后。更 高的排放可能由于在某些狀況下減少的燃料汽化和霧化。例如，在發(fā)動機起動之后，燃料系 統(tǒng)壓力可能還沒有達到導致燃燒室內(nèi)的燃料充分霧化的壓力，其會導致增加的排放。而且， 在起動之后較低的發(fā)動機溫度會進一步減少燃料的汽化率。如另一個示例，汽化率會隨著 燃料成分改變。例如，含有汽油和醇的混合燃料可能具有比僅含有汽油或低濃度醇的燃料 更低的汽化率。 例如，在發(fā)動機在溫度低于運轉(zhuǎn)閾值時起動的冷起動期間，燃料可能不像當發(fā)動 機運轉(zhuǎn)于或高于最佳運轉(zhuǎn)溫度時那樣有效地燃燒。冷發(fā)動機溫度也可能降低排氣溫度，允 許從排氣中冷凝出更多液體(一個示例為水)。因此，在冷起動期間，可釋放出包括未燃燒 的燃料和部分燃燒的燃料的排放，例如排氣中的碳氫化合物。 取決于燃料，可能會在冷起動期間進一步地增加排放。例如，含有乙醇的燃料可具 有相對低的揮發(fā)性。低揮發(fā)性燃料可能需要更高的燃空比用于最佳燃燒并且可能不像其他 燃料(例如汽油)那樣快速地加熱排氣系統(tǒng)或發(fā)動機。這樣，在冷起動工況下相比于其他 燃料，低揮發(fā)性燃料可能產(chǎn)生相對更多不期望的副產(chǎn)物。 催化轉(zhuǎn)化器可用作為排氣系統(tǒng)的部分以將不期望的副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為較不有害的副 產(chǎn)物。當催化轉(zhuǎn)化器處于或高于最佳運轉(zhuǎn)閾值(稱為起燃溫度)時，催化轉(zhuǎn)化器可有效地 減少這種不期望的副產(chǎn)物。然而，在冷起動工況下，催化轉(zhuǎn)化器總體上低于其起燃溫度并且 發(fā)生低效率的排氣轉(zhuǎn)化。 已經(jīng)開發(fā)出系統(tǒng)以解決發(fā)生在冷起動下的狀況。例如，美國專利5， 396， 764描述了 用連接至可用于存儲和氧化排氣的固體過濾器的風箱呼吸裝置選擇性地過濾排氣的方法。該 風箱可響應由催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的增加的溫度(當其達到起燃溫度時)產(chǎn)生的壓力變化，打開允 許排氣旁通過濾器的聯(lián)鎖通風系統(tǒng)。在美國專利6， 357， 227中描述的另一個方法在排氣系統(tǒng) 中使用了旁通，這樣可通過水試劑氧化不期望的副產(chǎn)物。該旁通系統(tǒng)可通過閥門控制并且在 一些示例中包括多個室用于存儲水和反應物(例如尿素)以產(chǎn)生試劑(例如氨水)。 本實用新型的發(fā)明人已經(jīng)認識到這些方法所帶來的問題。例如，使用風箱呼吸和 固體過濾系統(tǒng)可能遭受大量的磨損并且可能依賴于用于選擇性過濾排氣的復雜的機械系 統(tǒng)。此外，使用化學試劑可能需要將所述化學試劑連續(xù)地加入排氣系統(tǒng)中。另外，試劑(例 如氨水)本身可能為不期望的并且可能對環(huán)境有害。而且，這種方法沒有具體地解決來自 低揮發(fā)性燃料(例如乙醇)的排放相關(guān)的問題。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的包括提供適合在冷起動期間在催化轉(zhuǎn)化器達到其起燃溫度之
3前捕集發(fā)動機排氣系統(tǒng)中的液體排放的系統(tǒng)和裝置以解決上述問題中的至少一些。 根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種用于在內(nèi)燃發(fā)動機的冷起動期間捕集液體排
放的系統(tǒng)，包含排氣進口 、流體連接至所述排氣進口下游的交換區(qū)域、連接至所述交換區(qū)域
的具有用于收集液體排放的液體排放室的捕集器及流體連接至所述交換區(qū)域下游的催化
轉(zhuǎn)化器。 根據(jù)本實用新型的另一方面，提供一種用于在內(nèi)燃發(fā)動機的冷起動期間捕集液體 排放的裝置，包含通向排氣系統(tǒng)的交換區(qū)域的排水溝；流體連接至所述排水溝的室，其中所 述室適合接收由于重力從所述交換區(qū)域滴落的液體排放；及流體連接至所述排水溝和所述 室的通道，其中所述通道配置為使液體汽化和使汽化的液體穿過通道排放至交換區(qū)域內(nèi)。 本實用新型具有多個優(yōu)點，在一個例子中，一部分排氣可冷凝以形成液體排放。液 體排放可存儲在捕集器內(nèi)并且直至達到起燃溫度之后延遲釋放。同樣，可減小在獲得起燃 溫度之前到達催化轉(zhuǎn)化器的濕排氣的水平。減少在冷起動期間的排放導致增加排氣系統(tǒng)的 效率。這種系統(tǒng)和裝置可應用至基于乙醇的燃料系統(tǒng)。


圖1顯示了包括排氣系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機的示例汽缸的示意圖。 圖2為包括用于收集液體排放的捕集器的排氣系統(tǒng)的方塊圖。 圖3為包括用于收集液體排放的捕集器的示例排氣系統(tǒng)的示意圖。 圖4為示例方法的流程圖，通過該方法排氣系統(tǒng)可在冷起動期間保持液體排放。
具體實施方式
圖1為顯示可包括在機動車輛的推進系統(tǒng)中的多缸發(fā)動機10的一個汽缸的示意 圖?？芍辽俨糠值赝ㄟ^包括控制器12的控制系統(tǒng)和通過經(jīng)由輸入裝置130來自車輛操作 者132的輸入控制發(fā)動機10。在這個例子中，輸入裝置130包括加速器踏板和用于產(chǎn)生成 比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發(fā)動機10的燃燒室(例如汽缸)30包括 帶有位于其內(nèi)的活塞36的燃燒室壁32?；钊?6連接至曲軸40以使得活塞的往復運動轉(zhuǎn) 換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。曲軸40可經(jīng)由中間傳動系統(tǒng)連接至車輛的至少一個驅(qū)動輪。此外， 起動機馬達可經(jīng)由飛輪連接至曲軸40以能夠開始發(fā)動機10的起動運轉(zhuǎn)。燃燒室30可經(jīng) 由進氣道42從進氣歧管44接收進氣并且可經(jīng)由排氣道48排出燃燒氣體。進氣歧管44和 排氣道48能夠經(jīng)由各自的進氣門52和排氣門54選擇性地與燃燒室30連通。在一些實施 例中，燃燒室30可包括兩個或多個進氣門和/或兩個或多個排氣門。 可經(jīng)由電動氣門驅(qū)動器(EVA)51通過控制器12控制進氣門52。類似地，可經(jīng)由 EVA 53通過控制器12控制排氣門54。在一些狀況期間，控制器12可改變提供至驅(qū)動器 51和53的信號以控制各自進氣門52和排氣門54的打開和關(guān)閉?？煞謩e通過氣門位置傳 感器55和57確定進氣門52和排氣門54的位置。在可替代實施例中，進氣門和排氣門中 的一個或多個可由一個或多個凸輪驅(qū)動，并且可利用凸輪廓線變換系統(tǒng)(CPS)、可變凸輪正 時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)中一個或多個以改變氣門 運轉(zhuǎn)。例如，汽缸30可替代地包括經(jīng)由電動氣門驅(qū)動控制的進氣門和經(jīng)由包括CPS和/或 VCT的凸輪驅(qū)動控制的排氣門。
4[0018] 燃料噴射器66顯示為設(shè)置在進氣道44內(nèi)的配置，以將燃料以稱為燃料進氣道噴 射的方式提供至燃燒室30的上游進氣道。燃料噴射器66可與經(jīng)由電子驅(qū)動器68從控制 器12接收的FPW信號的脈沖寬度成比例地噴射燃料?？赏ㄟ^包括燃料箱、燃料泵和燃料導 軌的燃料系統(tǒng)(未顯示)將燃料輸送至燃料噴射器66。在一些實施例中，燃燒室30可替代 地或附加地包括直接連接至燃燒室30的燃料噴射器用于將燃料以稱為直接噴射的方式直 接噴射至那里。 進氣道42可包括具有節(jié)流板64的節(jié)氣門62。在這個具體例子中，通過控制器12 經(jīng)由提供至包括有節(jié)氣門62的電動馬達或電動驅(qū)動器(一種通常稱之為電子節(jié)氣門控制 (ETC)的配置)的信號改變節(jié)流板64的位置。以此方式，可運轉(zhuǎn)節(jié)氣門62以改變提供至其 他發(fā)動機汽缸中的燃燒室30內(nèi)的進氣。通過節(jié)氣門位置信號TP可將節(jié)流板64的位置提 供至控制器12。進氣道42可包括質(zhì)量空氣流量傳感器120和歧管空氣壓力傳感器122用 于提供各自的MAF和MAP信號至控制器12。 在選定運轉(zhuǎn)模式下，點火系統(tǒng)88可響應來自控制器12的火花提前信號SA經(jīng)由火 花塞92將點火火花提供至燃燒室30。盡管顯示了火花點火部件，在一些實施例中，無論有 無點火火花，燃燒室30或發(fā)動機10的一個或多個其他燃燒室可以壓縮點火模式運轉(zhuǎn)。 排氣傳感器126顯示為連接至排放控制裝置70上游的排氣道48。傳感器126可為 用于提供排氣空燃比指示的任何適合的傳感器，例如線性氧傳感器或UEGO(通用或?qū)捰蚺?氣氧傳感器)、兩態(tài)氧傳感器或EGO(排氣氧傳感器)、HEGO(加熱型EGO)、氮氧化物(NOx)、 碳氫化合物(HC)或一氧化碳(CO)傳感器。排放控制裝置70顯示為沿排氣傳感器126下 游的排氣道48設(shè)置。裝置70可為三元催化劑(TWC) 、 N0x捕集器、多種其他排放控制裝置 或其組合。在一些實施例中，在發(fā)動機10運轉(zhuǎn)期間，可通過以特定的空燃比操作發(fā)動機的 至少一個汽缸周期性地重設(shè)排放控制裝置70。 圖1中控制器12顯示為微型計算機，包括微處理器單元102、輸入/輸出端口 104、用于可執(zhí)行的程序和校準值的電子存儲介質(zhì)(在本具體例子中顯示為只讀存儲器芯 片106)、隨機存取存儲器108、?；畲鎯ζ?10和數(shù)據(jù)總線?？刂破?2可從連接至發(fā)動機 10的傳感器接收多種信號，除了之前論述的那些信號，還包括來自質(zhì)量空氣流量傳感器 120的引入質(zhì)量空氣流量(MAF)測量值、來自連接至冷卻套筒114的溫度傳感器112的發(fā)動 機冷卻劑溫度(ECT)、來自連接至曲軸40霍爾效應傳感器118(或其他類型)的脈沖點火 感測信號(PIP)、來自節(jié)氣門位置傳感器120的節(jié)氣門位置(TP)和來自傳感器122的絕對 歧管壓力信號(MAP)。發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號RPM可由控制器12從脈沖點火感測PIP信號生成。 來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可用于提供進氣歧管內(nèi)的真空或壓力指示。注意 的是可使用上述傳感器的多種組合，例如MAF傳感器而不具有MAP傳感器，反之亦然。在化 學計量運轉(zhuǎn)期間，MAP傳感器可給出發(fā)動機扭矩的指示。此外，該傳感器與檢測到的發(fā)動機 轉(zhuǎn)速一起可提供進入汽缸內(nèi)的充氣(包括空氣)的估算。在一個例子中，也可用作為發(fā)動 機轉(zhuǎn)速傳感器的傳感器118可在曲軸每轉(zhuǎn)產(chǎn)生預定數(shù)目的等距脈沖。 存儲介質(zhì)只讀存儲器106可編程有計算機可讀數(shù)據(jù)，其為處理器102可執(zhí)行指令， 用于執(zhí)行下面描述方法以及可預期但未具體列出的其他變形例。 如上所述，圖1顯示了多缸發(fā)動機中僅一個汽缸，并且每個汽缸可類似地包括其 自有組進氣門/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。
5[0025] 圖2描述了用于捕集排氣系統(tǒng)中的液體排放以在冷起動期間減少排放的系統(tǒng) 200。例如，液體排放可包括水、燃料和排氣的冷凝物或其它排氣微粒。例如，液體排放可包 括碳氫化合物(包括未燃燒的燃料和部分燃燒的燃料)以及其它微粒物質(zhì)等。該系統(tǒng)可設(shè) 置為圖1中描述的排放控制裝置70的一部分。 系統(tǒng)200可包括進口 202，例如可連接至交換區(qū)域206的排氣進口 ，交換區(qū)域206 依次可連接至捕集器204。進口 202可適合允許排氣從發(fā)動機至交換區(qū)域的通道。排氣可 包括液體排放以及排氣和微粒。 交換區(qū)域206可連接至催化轉(zhuǎn)化器208。交換區(qū)域206可包括至催化轉(zhuǎn)化器的通 道。捕集器204，例如液體捕集器或冷起動捕集器，可設(shè)置以在冷起動期間收集液體排放。在 一個例子中，該捕集器可設(shè)置在交換區(qū)域的底部凹陷以使得液體由于重力滴進捕集器內(nèi)。 沒有收集在捕集器內(nèi)的蒸氣和排氣可穿過催化轉(zhuǎn)化器208。 作為一個例子，該捕集器可適合液體(例如液體排放)的存儲和汽化。該捕集器可 包括進入交換區(qū)域內(nèi)的嘴或開口、連接至該嘴的通道和用于收集液體排放的液體排放室。 在一個例子中，捕集器的開口設(shè)置以使得液體排放可落入進捕集器內(nèi)。作為另一個示例捕 集器配置，該捕集器可適合為如在圖3中描述的亥姆霍茲共振器(Helmholtz resonator)。 在一些例子中，捕集器還可包括隔熱板、絕緣和/或至排氣系統(tǒng)其它部分的輔助 連接。隔熱板和絕緣可至少部分圍繞或隔離該捕集器并且可限制從該室傳來或傳走熱量。 輔助連接使流體流進或流出捕集器。這樣，氣流可往回引導向交換區(qū)域、系統(tǒng)200的其它部 分或其它地方。此外，可提供連接以使得液體排放汽化這樣其重新進入該系統(tǒng)。例如，在冷 起動期間捕集該液體之后，可在發(fā)動機已經(jīng)達到最佳運轉(zhuǎn)溫度之后使液體排放汽化回到交 換區(qū)域。在汽化的排氣已經(jīng)達到其起燃條件之后可通過催化轉(zhuǎn)化器有效地處理。在其它系 統(tǒng)，該液體排放可汽化進第二出口或否則釋放掉。 如上所述，捕集器可連接至交換區(qū)域，其可依次連接至催化轉(zhuǎn)化器208。應該了解 的是該交換區(qū)域可為到催化轉(zhuǎn)化器的入口 。例如，催化轉(zhuǎn)化器208可設(shè)置在交換區(qū)域206的 下游和擋流板210(在下面描述)的下游。催化轉(zhuǎn)化器可包括用于減少氮氧化物(N0x)氣 體并且氧化碳氫化合物和一氧化碳的三元催化劑(TWC)。在另一個示例中，催化轉(zhuǎn)化器可含 有N0x捕集器。在又一示例中，催化轉(zhuǎn)化器可包括TWC、 N0x捕集器和其他排放還原裝置的 組合。在另一示例中，催化轉(zhuǎn)化器可包括可熱耦合至一個或多個排放還原裝置的加熱器，例 如但不限于電線圈、再循環(huán)排氣交換等。如上所述，在冷起動期間，催化轉(zhuǎn)化器沒有處于有 效的工作溫度下。通過使用該液體排放捕集器，其可能在催化轉(zhuǎn)化器被加熱至其起燃溫度 時保持排氣。這樣，可減少排氣系統(tǒng)排出的不需要的副產(chǎn)物。此外，在一些示例中，可以延 遲將干排氣從液體排放捕集器釋放至第一塊催化轉(zhuǎn)化器下游的位置。 在一些示例系統(tǒng)中，可選的擋流板210設(shè)置在排氣進口和催化轉(zhuǎn)化器之間。例如， 擋流板可設(shè)置在催化轉(zhuǎn)化器的上游和交換區(qū)域的下游。如在下面更詳細描述，擋流板可將 一部分空氣流再向上游引導至交換區(qū)域以增加在冷起動期間的液體排放的收集。例如，擋 流板可為一組可彎曲的瓣、帶有穿孔的阻塞物、互聯(lián)纖維的網(wǎng)、類似圓形針輪的臂系統(tǒng)或其 它這種裝置。在一個示例中，擋流板可部分地減慢排氣流并且再引導排氣回到交換區(qū)域。減 慢和再引導空氣流可改善交換區(qū)域內(nèi)的冷凝水平并且增加收集在捕集器內(nèi)的液體排放的 水平。增加液體排放的收集可減少通過至催化轉(zhuǎn)化器的排氣量，從而在催化轉(zhuǎn)化器達到起燃溫度之前增加了該系統(tǒng)的整體效率。在另一個示例中，擋流板可增加空氣流的離心運動 以將捕集器204的開口附近的冷凝物分層。這樣，空氣可在排氣區(qū)域中循環(huán)以使得排氣能 夠冷凝并捕集。 除了上述的部件，在一些系統(tǒng)中可提供帶有一個或多個發(fā)動機傳感器的發(fā)動機控 制器212以使得能夠控制該系統(tǒng)。例如，一個或多個排氣傳感器可連接至排氣系統(tǒng)200(例 如連接至進口 202)以及連接至發(fā)動機控制器212。排氣傳感器可為示例的排氣傳感器126。 這樣，可將關(guān)于排氣的信息發(fā)送至控制器。在另一示例中，發(fā)動機控制器可連接至催化轉(zhuǎn)化 器。在又一個示例中，發(fā)動機控制器可連接至催化轉(zhuǎn)化器上可由其控制的加熱器。這樣，發(fā) 動機控制器可控制一部分催化轉(zhuǎn)化器的加熱。 圖3為帶有液體捕集器的排氣系統(tǒng)的示例。系統(tǒng)300包括進口 302、排放還原裝置 殼體304、交換區(qū)域306、捕集器308、擋流板310和催化轉(zhuǎn)化器312。如在下面更詳細地描 述，在一個示例中，該系統(tǒng)包括排氣進口、流體連接至所述排氣進口下游的交換區(qū)域、連接 至所述交換區(qū)域具有用于收集液體排放的液體排放室的捕集器，以及流體連接至所述交換 區(qū)域下游的催化轉(zhuǎn)化器。在一些示例中，捕集器可包括通向排氣系統(tǒng)的交換區(qū)域的排水溝， 和流體連接至所述排水溝的室，其中該室適合被動地從交換區(qū)域接收液體排放。例如，排水 溝可接收從交換區(qū)域由于重力滴落的液體排放。在一些示例中，部分交換區(qū)域至少部分地 傾斜以使得液體排放流進捕集器內(nèi)。該捕集器還包括連接排水溝和室的通道。該通道可適 合使得該液體排放能夠汽化并且將汽化的液體排放釋放進交換區(qū)域內(nèi)。 作為一個示例，進口 302可包括連接至可連接至排放還原裝置殼體304的變徑頭 (reducer cone) 316的排氣歧管314。該排氣歧管314可將來自發(fā)動機的排氣引導至變徑 頭316，盡管這種變徑頭316并非必需的。在一些示例中，可直接從發(fā)動機的排氣門連接該 進口。盡管沒有說明，一個或多個排氣傳感器可連接至排氣歧管。 在一個示例中，排氣可由發(fā)動機燃燒醇基燃料(例如E85)而產(chǎn)生。E85為含有高 至85%的變性燃料乙醇的混合物的燃料。乙醇燃料可比其它燃料(例如汽油)具有更高的 辛烷值。更高辛烷值的燃料可比具有低辛烷值的燃料更有效率。E85可由草制成，例如玉 米。這樣，E85不會產(chǎn)生進入大氣中的碳的凈增加。然而，E85可具有比其它燃料(例如汽 油)更低的揮發(fā)性。更低的揮發(fā)性燃料可能需要更高的燃空比以在發(fā)動機內(nèi)最佳燃燒并且 可能不像其它燃料(例如汽油)那樣快速地加熱排氣系統(tǒng)或發(fā)動機。這樣，低揮發(fā)性燃料 在冷起動期間相比其它燃料可產(chǎn)生相對更多的不期望的排放。 作為一個示例并且不作為限制，當使用E85時該系統(tǒng)可減少排放。例如，如在下面 更詳細的描述，液體捕集器可包括設(shè)置在催化轉(zhuǎn)化器的入口之下以在冷起動期間捕集滴落 的液體排放的液體排放室。在催化轉(zhuǎn)化器暖機之后，捕集的液體排放可汽化并且釋放至催 化轉(zhuǎn)化器。通過提供該捕集器，保持液體排放直至催化轉(zhuǎn)化器被充分加熱，因此將低揮發(fā)性 燃料在冷起動期間發(fā)生的困難最小化。 現(xiàn)具體參考圖3，交換區(qū)域306可轉(zhuǎn)移排氣，例如液體排放和排氣。交換區(qū)域可為 連接至變徑頭316、捕集器308和可選的擋流板310的排放還原裝置殼體304內(nèi)部的轉(zhuǎn)移連 接。交換區(qū)域可包括允許液體由于重力滴落進捕集器308內(nèi)的排水溝318。此外，在一些示 例中，壓力脈動可進一步驅(qū)使液體排放進入捕集器內(nèi)。 在說明的示例中，交換區(qū)域可將液體流引導向排水溝。例如，在交換區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)，例如交換區(qū)域的底板或頂板，可為斜面的或至少部分斜面以使得液體排放流進捕集器
308內(nèi)。例如，交換區(qū)域可包括另一個變徑頭以將排氣流引導向排水溝。 而且，在一些示例中，可在交換區(qū)域內(nèi)設(shè)置額外的結(jié)構(gòu)以迫使空氣循環(huán)以使得能
夠冷凝以及進一步引導液體流向捕集器。例如，下面結(jié)構(gòu)中的一個或多個可集成在系統(tǒng)內(nèi)。 具體的，作為一個示例，可添加熱交換器以減少排氣中的熱能并且增加冷凝。在其它示例
中，熱交換器可連接至交換區(qū)域的上游或下游。在又一示例中，彎道裝置可添加至排氣系 統(tǒng)。例如，彎道裝置可設(shè)置在進口和交換區(qū)域之間。在一些系統(tǒng)中，彎道可為交換區(qū)域的上 游或下游。在其他示例中，可延長排氣系統(tǒng)的長度。通過添加這種裝置，例如彎道或延長排 氣系統(tǒng)的長度，增加了排氣在到達催化劑之前走過的路徑并且從而增加排氣熱質(zhì)量。這樣， 可增加排氣液體的冷凝和捕集。 再次參考捕集器308，捕集器可配置用于臨時存儲和汽化液體排放。捕集器包括嘴 或排水溝318、通道320和液體排放室322。在一些示例中，液體排放室可不需要通道而直 接連接至排水溝。在其它示例中，捕集室可通過凸緣連接至排水溝。盡管不是必需的，隔熱 板324可設(shè)置圍繞或部分地圍繞液體排放室322。 排水溝318可適合允許在通道(并因此該液體排放室)和交換區(qū)域之間的液體排 放流動?？纱┻^排水溝和通道發(fā)生液體排放流進液體排放室內(nèi)。在加熱之后，汽化的液體 排放可穿過通道行進并且回進至交換區(qū)域內(nèi)。 液體排放室可成形為使得能夠收集液體排放。此外，其形狀可以是這樣的使得在 加熱時液體排放迅速地汽化并且可向上釋放穿過通道回到交換區(qū)域內(nèi)。例如，液體排放室 外可為球根狀的或球狀，形成碗狀物以收集液體排放。碗形狀可使得足夠量的液體收集在 室內(nèi)同時仍然最大化表面積以確保在加熱時迅速汽化。盡管說明為球根狀室，應該了解的 是其它結(jié)構(gòu)是可能的，包括但不限于多個球根狀室或管狀室。 在一個示例中，捕集器作用為亥姆霍茲共振器(Helmholtz resonator)。在亥姆霍 茲共振器捕集器的示例中，發(fā)動機內(nèi)的燃燒可能導致排放還原裝置殼體內(nèi)的壓力變化，其 可相應地引起捕集器內(nèi)的呼吸效應。呼吸可能會打破抑制重力滴落以及使冷凝物暴露進室 內(nèi)的表面張力和潤濕，濕潤裂縫，并改善了捕集器的效率。此外，在一些示例中，該室可配置 以允許足夠多時間用于加熱催化轉(zhuǎn)化器并且隨后當其蒸發(fā)時汽化冷凝物。例如，可提供孔 以使得一縷排氣在催化轉(zhuǎn)化器已經(jīng)達到起燃溫度之后被引導進催化轉(zhuǎn)化器的氣流中。在可 替代示例中，該捕集器沒有設(shè)計為亥姆霍茲共振器并且可利用其它結(jié)構(gòu)以能夠捕集液體排 放。 作為一個示例，可改變排水溝的位置以增加液體排放的收集。如上所述，排水溝 可設(shè)置在交換區(qū)域的最低點。此外，可增加排水溝的尺寸以能夠收集更多的液體排放。 類似地，可改變液體排放室的體積尺寸以獲得足夠的收集空間并且能夠汽化(或沸騰掉 (boiling off))液體排放。 在冷起動期間，液體排放可收集并且儲存在捕集器內(nèi)。隨著發(fā)動機和排氣系統(tǒng)被 加熱，該系統(tǒng)會更有效地處理排放。因此，在一些系統(tǒng)中，一旦催化轉(zhuǎn)化器達到其起燃條件， 捕集器適合將液體排放釋放回系統(tǒng)中。例如，如下面詳細描述的，捕集器適合使得液體排放 汽化回交換區(qū)域內(nèi)。 例如，在說明的系統(tǒng)中，液體排放可存儲在室322中直至該室被加熱至使得所述
8液體汽化的溫度?？赏ㄟ^從排氣對流，從排氣系統(tǒng)或發(fā)動機系統(tǒng)的另一部分輻射，或從該系 統(tǒng)的另一部分熱傳導，導致加熱。在一些示例中，捕集器可具有加熱器，例如可加熱室的加 熱線圈(未顯示)。該室可通過隔熱板324熱隔離。該隔熱板可限制從排氣系統(tǒng)或發(fā)動機 系統(tǒng)的另一部分輻射，或從該系統(tǒng)的另一部分熱傳導。為了防止液體排放過早的釋放(在 催化轉(zhuǎn)化器達到起燃條件之前)，熱隔離可允許延遲液體排放從捕集器中汽化出來。一旦催 化轉(zhuǎn)化器已經(jīng)達到起燃狀況，可利用多種加熱元件和加熱器使得液體排放汽化回到交換區(qū) 域內(nèi)。 當液體排放汽化時，其可以上升，離開室322通過通道320至交換區(qū)域306。在可 替代示例中，輔助通路可傳輸捕集器與交換區(qū)域之間的液體排放，和/或汽化的液體排放。 在其他示例中，輔助通路可傳輸捕集器和變徑頭316之間的液體排放和/或汽化的液體排 放。在又一個示例中，輔助通路可傳輸捕集器和發(fā)動機系統(tǒng)或排氣系統(tǒng)其它部分之間的液 體排放和/或汽化的液體排放。 多種可選結(jié)構(gòu)可設(shè)置在變徑頭316內(nèi)以增加在冷起動期間液體排放的收集。如 上所述，一個或多個擋流板310可設(shè)置在交換區(qū)域306的下游。盡管說明為帶有狹縫臂 (slittedarm)和穿孔的圓形針輪類似結(jié)構(gòu)，擋流板可為中斷排氣流的任何合適的形狀。擋 流板可用于增加氣流的離心運動。增加的氣流的離心運動可將接近捕集器的冷凝物分層， 改善捕集器的效率。擋流板可用于部分地減慢氣流并將氣流引導回交換室。減慢和再引導 氣流可改善交換區(qū)域內(nèi)的冷凝物水平。在可替代示例中，擋流板可為一組可彎曲的瓣，帶有 穿孔的阻塞物、互聯(lián)纖維的網(wǎng)或其它這種結(jié)構(gòu)。 在圖3中說明的示例中，擋流板310下游為催化轉(zhuǎn)化器。在一個示例中，催化轉(zhuǎn)化 器包括三元催化劑(TWC)326。催化轉(zhuǎn)化器可通過發(fā)動機排氣加熱，并且也可包括熱耦合至 該TWC的加熱器328。在本示例中，加熱器為與排放還原裝置殼體304和TWC熱傳導的電線 圈。在另一個示例中，加熱器可包括排氣旁通裝置以圍繞TWC引導再循環(huán)排氣。在可替代示 例中，沒有加熱器。在另一個可替代示例中，催化轉(zhuǎn)化器還包括TWC下游的NOx捕集器。在 這種示例中，保持水和排氣直至催化轉(zhuǎn)化器達到其起燃溫度可增加NOx捕集器的效率。在 又一個示例中，NOx捕集器與加熱器328熱連通。 如在圖2中所述，發(fā)動機控制器和發(fā)動機傳感器可連接至該系統(tǒng)。例如，發(fā)動機控
制器可連接至加熱器328和排氣傳感器以主動地監(jiān)視和控制催化轉(zhuǎn)化器的加熱。在其它示
例中，控制器可連接至連接捕集器308的加熱器以監(jiān)視和控制捕集器的加熱。 圖4為描述用于在圖1中所示的直接噴射的內(nèi)燃發(fā)動機中在冷起動期間減少排放
的示例方法400的流程圖。具體地，該方法可改善排氣系統(tǒng)的整體效率。盡管不是所有元
件都是必需的，為了說明的目的，用于描述方法的示例排氣系統(tǒng)包括進口、捕集器、交換區(qū)
域和催化轉(zhuǎn)化器。 如在402處所示，該方法可從起動發(fā)動機開始。在起動之后，在404處，發(fā)動機可 產(chǎn)生排氣。在406處，可隨后確定催化轉(zhuǎn)化器工況(例如催化轉(zhuǎn)化器是否低于起燃溫度)。 該確定可被動地通過由于冷起動工況在排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生水和冷凝排氣完成?？商娲睾? 或作為補充地，排氣傳感器可將催化轉(zhuǎn)化器的狀態(tài)發(fā)送至發(fā)動機控制器。例如，溫度傳感器 可連接至催化轉(zhuǎn)化器并且發(fā)送信號至發(fā)動機控制器。 如果催化轉(zhuǎn)化器高于起燃溫度，隨后在414處可在催化轉(zhuǎn)化器中氧化和還原排放物，例如排氣。 盡管描述了關(guān)于催化轉(zhuǎn)化器的工況的確定，該確定為存在發(fā)動機的冷起動工況或 運轉(zhuǎn)工況。因此，如果不存在冷起動工況或如果發(fā)動機高于或處于最佳工況，隨后該程序可 轉(zhuǎn)至414處并且通過催化轉(zhuǎn)化器處理排氣。 如果催化轉(zhuǎn)化器低于起燃溫度(或者如果發(fā)動機處于冷起動工況)，則隨后程序 轉(zhuǎn)至408處。在該示例中，液體排放可收集在交換區(qū)域內(nèi)并且排氣中不期望的副產(chǎn)物，例如 碳氫化合物和水，可形成冷凝物。如上所述，冷凝物的形成，液體排放，可為被動過程，內(nèi)隱 在發(fā)動機的冷起動工況中。 在一些例子中，該方法可進一步包括擋流過程以干擾空氣流并且增加冷凝物。例 如，擋流可增加通過系統(tǒng)的排氣流的離心運動。增加氣流的離心運動可使得捕集器附近的 冷凝物分層，改善捕集器的效率。在其他示例中，擋流可用于部分地減慢并且將氣流再引導 回交換室。減慢和再引導空氣流可增加交換區(qū)域內(nèi)的冷凝水平。 在進一步的示例中，可單獨使用另外的方法或者與擋流組合以增加冷凝物。例如， 熱交換器可集成在系統(tǒng)中。進一步示例過程可包括延長排氣流通過排氣系統(tǒng)的時間周期并 且增加取決于排氣系統(tǒng)的物理長度的排氣熱質(zhì)量。在一些實施例中，彎道裝置可加至排氣 系統(tǒng)中。在進一步的示例中，排氣系統(tǒng)的長度可被延長，例如交換區(qū)域自身可被延長。這樣， 增加了排氣在到達催化劑之前通過的路徑，使得能夠進行液體排放的冷凝和捕集。 在410處，液體冷凝物，或液體排放(其可含有不期望的副產(chǎn)物，例如碳氫化合物 和水)可收集在捕集器中?？芍貜蛨?zhí)行上述404至410的步驟。液體排放可在該系統(tǒng)達到 最佳工況(例如催化轉(zhuǎn)化器達到起燃溫度)期間保持在捕集器內(nèi)。 在412處，液體排放可從捕集器汽化進交換區(qū)域。可基于捕集器的溫度、催化轉(zhuǎn)化 器的溫度和/或發(fā)動機的溫度控制汽化。通過來自排氣的熱量可被動地執(zhí)行該汽化。在一 些示例中，捕集器可進一步包括加熱元件，其可在發(fā)動機或催化轉(zhuǎn)化器的理想工況下主動 地加熱捕集器內(nèi)的液體以加速汽化。在一個示例中，汽化被充分延遲直至催化轉(zhuǎn)化器已經(jīng) 達到起燃溫度。 應該了解的是在一些示例中，替代412處的汽化，捕集器可適合保持或再引導液
體排放。例如，可將液體排放引導至系統(tǒng)的另一部分用于在其它過程中使用。 返回參考圖4，在液體排放汽化回進交換區(qū)域之后，在414處在催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)可還
原和氧化汽化的液體排放。 因此，如上面詳細描述，提供了一種在冷起動期間運轉(zhuǎn)內(nèi)燃發(fā)動機的方法。該方法 可包括將至少部分來自發(fā)動機的排氣在排氣系統(tǒng)中的交換區(qū)域冷凝為液體排放、將液體排 放收集進設(shè)置在交換區(qū)域內(nèi)的捕集器內(nèi)和在捕集器內(nèi)達到汽化溫度之后將液體排放汽化 進交換區(qū)域。液體排放的汽化可被延遲直至催化轉(zhuǎn)化器處于起燃狀況之后。在一些示例中， 可通過使用擋流板或其它空氣干擾結(jié)構(gòu)增加交換區(qū)域內(nèi)的排氣的離心運動。在該系統(tǒng)達到 起燃溫度之后汽化的液體排放可在催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)還原和氧化。 注意的是本文包括的示例程序能夠與多種發(fā)動機和/或車輛系統(tǒng)配置一起使用。 此處描述的具體程序可代表任意數(shù)量處理策略(例如事件驅(qū)動、中斷驅(qū)動、多任務、多線程 等)中的一個或多個。這樣，可以以所說明的順序或并行實現(xiàn)所說明的各種行為或功能，或 在一些情況下有所省略。同樣，處理的順序也并非達到此處所描述的實施例所必需的，而只
10是為了說明和描述的方便。盡管沒有明確說明，根據(jù)使用的具體策略，可重復實現(xiàn)一個或多 個說明的行為或功能。此外，所述的行為圖像化表示了編程入發(fā)動機控制器中的計算機可 讀存儲介質(zhì)的編碼。 應了解，此處公開的配置與程序?qū)嶋H上為示例性，且這些具體實施例不可認定為 具有限制意義，因為可能存在多種變形。例如，上述技術(shù)可應用于V-6、V-8、I-4、I-6、V-12、 對置4缸、和其他發(fā)動機類型。本實用新型的主旨包括所有多種系統(tǒng)與配置以及此處公開 的其它特征、功能和/或性質(zhì)的新穎且非顯而易見的組合與子組合。 本申請的權(quán)利要求具體地指出某些被認為是新穎的和非顯而易見的組合和次組 合。這些權(quán)利要求可指為"一個"元素或"第一"元素或其等同物。這些權(quán)利要求應該了解 為包括一個或多個這種元素的結(jié)合，既不要求也不排除兩個或多個這種元素。揭示所公開 的特征、功能、元件和/或特性的其他組合和次組合可通過修改現(xiàn)有權(quán)利要求或通過在這 個或關(guān)聯(lián)申請中提出新的權(quán)利要求得到主張。這些權(quán)利要求，與原始權(quán)利要求范圍相比無 論更寬的、更窄的、相同或不相同，也被認為包括在本實用新型主題內(nèi)。
權(quán)利要求一種用于在內(nèi)燃發(fā)動機的冷起動期間捕集液體排放的系統(tǒng)，其特征在于，包含排氣進口；流體連接至所述排氣進口下游的交換區(qū)域；連接至所述交換區(qū)域的具有用于收集液體排放的液體排放室的捕集器；及流體連接至所述交換區(qū)域下游的催化轉(zhuǎn)化器。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進一步包含設(shè)置在所述排氣進口 和所述催化轉(zhuǎn)化器之間的擋流板。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進一步包含連接至所述捕集器的 加熱器。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進一步包括隔熱板。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述捕集器進一步包含通向所述交換區(qū)域 以被動地從所述交換區(qū)域接收液體排放的排水溝。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述交換區(qū)域的部分至少部分地傾斜以使 得液體排放流進所述捕集器內(nèi)。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述捕集器為亥姆霍茲共振器。
8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進一步包含連接至所述發(fā)動機、所 述排氣進口和所述催化轉(zhuǎn)化器中的至少一個的發(fā)動機控制器。
9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述催化轉(zhuǎn)化器包括N0x捕集器。
10. —種用于在內(nèi)燃發(fā)動機的冷起動期間捕集液體排放的裝置，其特征在于，包含 通向排氣系統(tǒng)的交換區(qū)域的排水溝；流體連接至所述排水溝的室，其中所述室適合接收由于重力從所述交換區(qū)域滴落的液 體排放；及流體連接至所述排水溝和所述室的通道，其中所述通道配置為使液體汽化和使汽化的 液體穿過通道排放至交換區(qū)域內(nèi)。
專利摘要本實用新型公開一種用于在冷起動期間捕集液體排放的系統(tǒng)和裝置。作為一個示例，該系統(tǒng)包含排氣進口、流體連接至所述排氣進口下游的交換區(qū)域、連接至所述交換區(qū)域的具有用于收集液體排放的液體排放室的捕集器及流體連接至所述交換區(qū)域下游的催化轉(zhuǎn)化器。本實用新型的系統(tǒng)和裝置可減少在冷起動期間的排放進而增加排氣系統(tǒng)的效率。
文檔編號F01N3/20GK201513223SQ20092016871
公開日2010年6月23日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月6日
發(fā)明者大衛(wèi)·卡爾·比德納, 戈皮昌德拉·蘇尼拉, 約翰·M·羅斯, 肯·O·賈爾, 蒂莫西·約瑟夫·克拉克, 詹姆士·邁克爾·克恩斯 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司