減少排放的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]諸如柴油發(fā)動機(jī)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)與排氣系統(tǒng)連接，該排氣系統(tǒng)通常包括后處理系統(tǒng)以減少諸如NOx的污染物從排氣管的排放。這種后處理系統(tǒng)可以使用氧化催化劑、顆粒過濾器和選擇性催化還原(SCR)催化劑。由于通常在較高的排氣溫度下更有效地操作SCR催化劑，因此使用諸如烴注入、氧化催化劑和/或變幾何渦輪(VGT)入口控制的某些排氣加熱策略以增加或保持SCR催化劑的溫度在其有效溫度范圍內(nèi)。然而，使用此類系統(tǒng)的這些排氣加熱策略和NOx排放控制是在高初始系統(tǒng)成本、燃料損失和/或系統(tǒng)壽命內(nèi)的高操作成本下獲得的。
[0002]SCR催化劑遭受由于在SCR催化劑上積累諸如硫和烴類的各種污染物而導(dǎo)致的性能變差。在包括顆粒過濾器的排氣系統(tǒng)中，活性顆粒過濾器再生可以部分地用作SCR催化劑的再生事件以及用于去除硫中毒。然而，顆粒過濾器再生導(dǎo)致燃料損失，并且柴油顆粒過濾器需要維修以及后處理系統(tǒng)的成本和操作方面的額外開支。此外，盡管氧化釩SCR催化劑與其他SCR催化劑相比提供了改善的N0轉(zhuǎn)化和對硫中毒的抗性，但是使用顆粒過濾器的后處理系統(tǒng)通常不使用氧化釩SCR催化劑，這是因?yàn)槠湓诟邷貤l件下缺乏耐熱性，例如在顆粒過濾器再生過程中存在的高溫條件。
[0003]柴油發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)還通過控制排氣系統(tǒng)中的變幾何渦輪(VGT)的入口的開啟來提高廢氣溫度。然而，VGT是昂貴的，并且開啟的控制根據(jù)用于獲得期望結(jié)果的發(fā)動機(jī)操作條件而可能是復(fù)雜的。因此，在該領(lǐng)域期望為可操作地滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)提供低成本排氣和后處理系統(tǒng)的進(jìn)一步技術(shù)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]公開了內(nèi)燃發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和方法，其包括:具有用于控制從排氣系統(tǒng)通往進(jìn)氣系統(tǒng)的EGR流的EGR控制閥的廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)；包括具有廢氣旁通閥的渦輪機(jī)的渦輪增壓器；排氣節(jié)流閥；和氧化釩SCR催化劑。該系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的方法不使用VGT、氧化催化劑或顆粒過濾器。通過控制發(fā)動機(jī)NOx輸出水平和/或通過提高或保持排氣溫度以使氧化釩SCR催化劑處于其有效操作溫度范圍內(nèi)來控制諸如NOx的排放物?？梢岳缤ㄟ^控制EGR控制閥以調(diào)節(jié)再循環(huán)的廢氣量、控制廢氣旁通閥以調(diào)節(jié)通過廢氣旁通閥和渦輪機(jī)入口的廢氣量以及控制排氣節(jié)流閥以控制通往氧化釩SCR催化劑的廢氣量和廢氣溫度而實(shí)現(xiàn)此類操作。
[0005]提供本概述以介紹在下面例示性實(shí)施方案中進(jìn)一步描述的概念的選擇。本概述不意圖確定要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或必要特征，也不意圖用于輔助限制要求保護(hù)的主題的范圍。其他實(shí)施方案、形式、目的、特征、優(yōu)點(diǎn)、方面和益處根據(jù)下列描述和附圖會變得顯而易見。
【附圖說明】
[0006]圖1是系統(tǒng)的示意圖，所述系統(tǒng)包括與具有EGR系統(tǒng)、廢氣旁通閥渦輪增壓器、排氣節(jié)流閥和在排氣節(jié)流閥下游的氧化釩SCR催化劑的排氣系統(tǒng)連接的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。
[0007]圖2是EGR系統(tǒng)的替代布置的示意圖。
[0008]圖3是操作圖1的系統(tǒng)的程序的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]出于促進(jìn)理解本發(fā)明的原理的目的，現(xiàn)在對附圖中例示的實(shí)施方案進(jìn)行參考并且具體文字用于對其進(jìn)行描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解由此不意圖限制本發(fā)明的范圍，在本文涵蓋了所例示的實(shí)施方案中的任何改變和進(jìn)一步的修正、以及本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域中的技術(shù)人員通常會想到的在本文中例示的本發(fā)明的原理的任何其他應(yīng)用。
[0010]參考圖1，所示出的系統(tǒng)10包括內(nèi)燃發(fā)動機(jī)12，其可操作地產(chǎn)生進(jìn)入與發(fā)動機(jī)12連接的排氣系統(tǒng)16的廢氣流14。發(fā)動機(jī)12可以為柴油發(fā)動機(jī)，以與其他發(fā)動機(jī)組合作為獨(dú)立的動力源，或者作為包括用于至少一個動力源的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的混合動力傳動系的一部分。系統(tǒng)10可以用于移動應(yīng)用如車輛、機(jī)車或海洋應(yīng)用，或者用于諸如發(fā)電或栗送系統(tǒng)的固定應(yīng)用。
[0011]排氣系統(tǒng)16包含至少一個廢氣流通路18，其用于將廢氣運(yùn)送至后處理系統(tǒng)20并通過后處理系統(tǒng)20。系統(tǒng)10還包含進(jìn)氣系統(tǒng)70以向發(fā)動機(jī)12提供進(jìn)料流，發(fā)動機(jī)12包括進(jìn)入的空氣和再循環(huán)的廢氣。提供渦輪增壓器80，其包括廢氣流通路18中的渦輪機(jī)82和進(jìn)氣系統(tǒng)70中的壓縮機(jī)84。在渦輪機(jī)82處提供廢氣旁通閥86以提供響應(yīng)某些操作條件而繞過渦輪機(jī)82的廢氣流通路。在例示的實(shí)施方案中，廢氣旁通閥86為外部廢氣旁通閥。其他實(shí)施方案包括內(nèi)部廢氣旁通閥。
[0012]排氣系統(tǒng)16還包含在渦輪機(jī)82下游的排氣節(jié)流閥74。進(jìn)氣系統(tǒng)70還可以包括在壓縮機(jī)84下游的進(jìn)氣節(jié)流閥72。EGR系統(tǒng)90包括使廢氣流通路18連接于進(jìn)氣系統(tǒng)70的EGR管道94。在例示的實(shí)施方案中，EGR系統(tǒng)90是連接渦輪機(jī)82上游和壓縮機(jī)84下游的高壓系統(tǒng)。EGR系統(tǒng)90包含與EGR管道94和EGR冷卻器96連接的EGR控制閥92。配置EGR旁路98以繞過EGR冷卻器96周圍的所有或一部分EGR流。在圖1所例示的EGR系統(tǒng)90的實(shí)施方案中，EGR控制閥92在EGR冷卻器96的上游。在另一實(shí)施方案中，諸如圖2所示的EGR系統(tǒng)90’，EGR閥92在EGR冷卻器96的下游和/或EGR冷卻器旁路被省略。可以通過控制器50控制排氣節(jié)流閥74、進(jìn)氣節(jié)流閥72、廢氣旁通閥86和EGR控制閥92以促進(jìn)對來自發(fā)動機(jī)12的熱輸出和/或NOx輸出的控制。
[0013]后處理系統(tǒng)20包括與至少一個來自發(fā)動機(jī)12的廢氣流通路18操作地連接的至少一個氧化釩SCR催化劑22?？稍O(shè)計的是，排氣系統(tǒng)16在氧化釩SCR催化劑22的上游沒有任何變幾何渦輪、氧化催化劑和顆粒過濾器，如在下文進(jìn)一步討論的，排氣節(jié)流閥74、廢氣旁通閥86和EGR控制閥92可操作地提供后處理系統(tǒng)20的發(fā)動機(jī)NOx輸出管理和熱管理，從而產(chǎn)生減少的來自排氣系統(tǒng)16的NOx排放和對氧化釩SCR催化劑22的溫度控制。
[0014]排氣節(jié)流閥74、廢氣旁通閥86和EGR控制閥92各自包括與控制器50可操作地連接的驅(qū)動器以接收控制信號，該控制信號與發(fā)動機(jī)12和排氣系統(tǒng)16的操作參數(shù)響應(yīng)地將各個裝置驅(qū)動至開(on)-關(guān)(off)或開啟(open) -閉合(closed)位置或者開-關(guān)或開啟-閉合位置之間，從而提供來自后處理系統(tǒng)20的NOx輸出管理及其溫度管理。排氣節(jié)流閥74和/或EGR控制閥92可以包括在廢氣流通路中可在諸如開啟/開位置和關(guān)閉/關(guān)位置的至少兩個位置之間驅(qū)動的任何適合的閥構(gòu)件，盡管不排除全權(quán)(full authority)閥構(gòu)件。排氣節(jié)流閥74和/或EGR控制閥92的閥構(gòu)件可以為例如蝶式閥、閘式閥或球式閥。在一個實(shí)施方案中，排氣節(jié)流閥74的閥的流量限制部分包括通路，以使當(dāng)閥閉合或關(guān)時，設(shè)置在發(fā)動機(jī)12的目標(biāo)低負(fù)載條件下的最小廢氣流被允許由此通過。驅(qū)動器可以為電驅(qū)動器、電動機(jī)、氣動驅(qū)動器或任何其他合適類型的驅(qū)動器，以操作排氣節(jié)流閥74、廢氣旁通閥86和EGR控制閥92的閥構(gòu)件。
[0015]在系統(tǒng)10的一個實(shí)施方案中，廢氣流14按順序從渦輪機(jī)82和廢氣旁通閥86中的至少一個直接傳送至排氣節(jié)流閥74，然后直接傳送至氧化釩SCR催化劑22。將后處理系統(tǒng)20設(shè)計成操作時不干擾氧化釩SCR催化劑22上游的顆粒過濾或氧化反應(yīng)，并且省略氧化釩SCR催化劑22上游的任何顆粒過濾器和氧化催化劑。由于在涉及氧化釩SCR催化劑22上游的顆粒過濾器再生或氧化反應(yīng)的系統(tǒng)10