專利名稱：用于改善車輛系統(tǒng)中的后處理裝置的起燃或再生行為的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是針對一種包括后處理裝置的車輛發(fā)動機系統(tǒng)，并且特別地針對具有大熱慣性的部件的旁路，以便輔助例如催化器的早期起燃以及這些后處理裝置的再生。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器是一類強制性進氣系統(tǒng)。它們將壓縮空氣傳送到發(fā)動機進氣端從而允許燃燒更多的燃料，因此增加了發(fā)動機的馬力而沒有明顯地增加發(fā)動機的重量。這可以允許使用一臺較小的渦輪增壓的發(fā)動機來替代一臺較大物理尺寸的自然吸氣的發(fā)動機，因此減少了車輛的質(zhì)量以及空氣動力學(xué)的前端面積。渦輪增壓器利用了來自發(fā)動機的排氣流動來驅(qū)動一臺渦輪機，該渦輪機進而驅(qū)動空氣壓縮機。為了在一種簡單系統(tǒng)的容量之外供應(yīng)空氣，該渦輪增壓器系統(tǒng)可以采取不同的構(gòu)型。渦輪增壓器由五個主要部件組構(gòu)成。

圖1示出了一種典型的渦輪增壓器的一個區(qū)段。這個渦輪增壓器由一個渦輪機殼體1組成，該殼體連接到一個軸承殼體5上。在該軸承殼體的相反末端上有一個壓縮機蓋2。該軸承殼體支撐了一個轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件由一個渦輪機葉輪3和一個壓縮機葉輪4組成。該渦輪機殼體通常是以一種來自高韌性鑄鐵家族的材料鑄造而成，該軸承殼體通常是以灰口鐵鑄造而成并且該壓縮機蓋通常是以一種鋁合金鑄造而成。一種典型的、商品化柴油機尺寸的渦輪機殼體的質(zhì)量是大約17kg。這些渦輪機殼體具有的典型壁厚為5至6mm。這是該渦輪增壓器總質(zhì)量的約65%。該軸承殼體是構(gòu)成該渦輪機殼體的質(zhì)量的另外4kg，加上軸承殼體，是總質(zhì)量的85%。為了實現(xiàn)更多增壓，使用串聯(lián)的或多級渦輪增壓器，其中一個第一級(低壓)壓縮機排放進入下一個(高壓)下游壓縮機的進口，該下游壓縮機接著進一步將已經(jīng)壓縮的空氣增壓至甚至更高的水平。串聯(lián)的渦輪增壓器可以具有多個級，但是為清楚起見，本討論將僅僅討論兩級構(gòu)型，因為這是在客車和商品化柴油發(fā)動機的通常生產(chǎn)中使用數(shù)量最高的。 對于多個渦輪增壓器而言“渦輪機殼體加軸承殼體的質(zhì)量”比“總渦輪增壓器重量”的比率將是與單一渦輪增壓器類似的比率，因此例如當兩個渦輪增壓器的渦輪機殼體加軸承殼體的質(zhì)量為大約34kg時，它將仍是這些渦輪增壓器的總質(zhì)量的85%。一個物體的熱慣性是與材料的熱傳導(dǎo)率、密度和體積熱容量相關(guān)的一種本體材料特性。使用熱慣性來描述一個幾何體在經(jīng)受其熱環(huán)境的變化時達到熱平衡的能力。在發(fā)動機系統(tǒng)的背景下，得到的是一個在幾何上受限定的物體用來改變溫度所花費的時間。質(zhì)量相等時，具有高的熱慣性的材料將比具有低熱慣性的材料花費更多時間來改變溫度。在具有相同材料但不同質(zhì)量的兩個物體的情況下，具有較大質(zhì)量的物體將比具有較小質(zhì)量的物體具有更大的熱慣性(正如一立方米的鑄鐵將比一立方毫米的鑄鐵花費更長時間來達到溫度平衡)。在本發(fā)明的背景下，術(shù)語“熱慣性”用來描述固有的動態(tài)溫度過濾(dynamic temperature filtration)，即從在排氣與發(fā)動機中和排氣系統(tǒng)中的材料之間存在的初始溫度差相對較慢地達到平衡。這個熱慣性進而是由于氣體與壁材料之間的熱傳遞、該材料的體積熱容量(涉及該材料的熱傳導(dǎo)率)、該材料的比熱和密度以及周圍介質(zhì)(例如空氣、 水和材料)的熱效應(yīng)造成的。一個物體的熱慣性由下式計算熱慣性=K.p.C其中κ =該材料的本體熱傳導(dǎo)率，單位WnT1. K—1并且P =該材料的密度，單位Kg m_3并且C =比熱容，單位J. kg—1. IT1這些單位是tiu。在熱慣性的計算中，對于給定的材料，例如鑄鐵，比熱和密度將保持為常數(shù)。因此熱慣性與該材料的本體熱傳導(dǎo)率是成比例的。因為熱傳導(dǎo)率是對于在一個時間段At內(nèi)、在溫度變化ΔΤ內(nèi)以熱能變化AQ經(jīng)過具有厚度Y和面積A的材料傳輸?shù)臒崃康亩攘?，該熱傳?dǎo)率K可以通過下式計算
權(quán)利要求
1.一種車輛發(fā)動機系統(tǒng)，包括一臺內(nèi)燃發(fā)動機(100)，該內(nèi)燃發(fā)動機包括一個進氣歧管0 和一個排氣歧管(7)，包括一個渦輪機殼體的至少一個渦輪增壓器，所述渦輪機殼體具有一個進口和一個出口，所述進口與所述排氣歧管(7)的排氣流是連通的并且位于其下游，位于所述渦輪增壓器下游的所述排氣流中的至少一個后處理裝置(12，13)，所述后處理裝置具有一個進口和一個出口，旁路管路(18)，該旁路管路將所述渦輪增壓器上游的排氣流與在所述渦輪增壓器下游并且在所述后處理裝置上游的排氣流相連接，旁路閥門(9，19)，用于選擇性地控制所述渦輪機殼體周圍的排氣的至少一部分的流動，其中該旁路管路的內(nèi)表面積是該渦輪機殼體的內(nèi)表面積的至25%，其中該旁路管路的長度是200cm或更小，并且其中該旁路管路的金屬重量是該渦輪機殼體的重量的0. 至3%。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述后處理裝置包括一個殼體，該殼體具有一個進口和一個出口，并且其中所述旁路管路(19)將排氣的流動引入在該后處理裝置殼體進口的5cm之內(nèi)的排氣流之中。
3.如權(quán)利要求1所述的車輛發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述后處理裝置包括一個殼體，該殼體具有一個進口和一個出口，并且其中所述旁路管路(19)將排氣的流動引入在該后處理裝置殼體進口下游的后處理裝置之中。
4.如權(quán)利要求1所述的車輛發(fā)動機系統(tǒng)，其中該旁路管路的內(nèi)表面積是該渦輪機殼體的內(nèi)表面積的5%至50%，該旁路管路的長度是IOOcm或更小，并且該旁路管路的金屬重量是該渦輪機殼體的重量的0. 至1. 5%。
5.如權(quán)利要求1所述的車輛發(fā)動機系統(tǒng)，其中該旁路管路的內(nèi)表面積是該渦輪機殼體的內(nèi)表面積的5%至25%，該旁路管路的長度是50cm或更小，并且該旁路管路的金屬重量是該渦輪機殼體的重量的0. 至0. 5%。
6.如權(quán)利要求1所述的車輛發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述旁路管路是絕熱的。
7.如權(quán)利要求1所述的車輛發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述后處理裝置是以下至少一項柴油機微粒過濾器(DPF) (12)、柴油氧化催化器、微粒過濾器再生裝置(這是與DPF分開的？)、 擋風玻璃除霜器。
8.如權(quán)利要求7所述的車輛發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述旁路管路(18)被安排為將排氣引導(dǎo)至該DPF(U)和該催化轉(zhuǎn)化器(5 之一或二者。
9.如權(quán)利要求1所述的車輛發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述旁路管路是包含Ti、Nb、B、Hf^P& 中一種或多種的一種鐵基超耐熱合金材料、或是不銹鋼。
10.如權(quán)利要求9所述的車輛，其中所述旁路管路是選自SUH660、^Κ30ηθ1713(、以及 Incoloy 800Η中的一種超耐熱合金材料的一個柔性的波紋管。
11.如權(quán)利要求1所述的車輛發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述后處理裝置是一種柴油機微粒過濾器(DPF) (12)，其中所述系統(tǒng)進一步包括一個排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)，并且其中所述旁路閥門(10)被適配為在再生期間中控制用于EGR的排氣流動并且控制經(jīng)過該旁路管道(19) 到達該DPF (12)的排氣流動。
12.如權(quán)利要求1所述的車輛發(fā)動機系統(tǒng)，包括串聯(lián)安排的第一和第二渦輪增壓器，其中所述旁路管路繞過所述兩個渦輪增壓器。
全文摘要
主動DPF再生的方法要求使DPF達到超過550℃至600℃的再生溫度而持續(xù)一段足以完成DPF中的碳煙燒除的時間。類似地，在冷啟動的過程中令人希望的是盡快使催化器達到起燃溫度。一個或多個渦輪增壓器的大的熱慣性延緩了在DPF處的排氣使其不能快速達到臨界溫度。引入一個低熱慣性的、絕熱的渦輪增壓器旁路管道避免了從排氣到渦輪機殼體上的熱能損失并且縮短了令DPF達到主動DPF再生的臨界溫度的時間、或者在催化轉(zhuǎn)化器的情況下縮短了令催化器達到起燃溫度的時間。
文檔編號F01N5/04GK102439269SQ201080016271
公開日2012年5月2日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者G·施萊柏, V·瓊格勒 申請人:博格華納公司