用于减少排放的方法和系统技术方案

技术编号:17513831 阅读:26 留言:0更新日期:2018-03-20 23:37
本发明专利技术涉及用于减少排放的方法和系统,提供了用于操作车辆发动机中的分支排气组件以便增加催化剂效率并减少发动机排放的方法和系统。在一个示例中,一种方法包括:在冷起动条件期间,使排气首先流动通过三元催化剂,然后流动通过底部转换器,然后流动通过热交换器,并且然后流动通过涡轮,每个排气部件容纳在分支排气组件上的不同分支上。在催化剂活化之后,排气可以首先流动通过涡轮,然后流动通过底部转换器,并且然后流动通过三元催化剂,并且在高发动机负荷期间,进入涡轮的排气可以被冷却以便减少涡轮上的热负荷。

Methods and systems for reducing emissions

The invention relates to a method and system for reducing emissions, providing a method and system for operating a branch exhaust assembly in a vehicle engine to increase catalyst efficiency and reduce engine emissions. In one example, a method includes: during the cold start conditions, the exhaust flow through the first three yuan catalyst, and then flow through the bottom of the converter, and then flow through the heat exchanger, and then flow through the turbine exhaust components, each contain different branches in the branches on the exhaust assembly. In the catalyst after activation can flow through the turbine exhaust first, then flows through the bottom of the converter, and then flows through the three yuan catalyst, and during the high load of the engine, the exhaust enters the turbine can be cooled to reduce the heat load on the turbine.

【技术实现步骤摘要】
用于减少排放的方法和系统
本专利技术整体涉及用于控制车辆发动机以减少发动机排放并回收排气热的方法和系统。
技术介绍
发动机可以用经由涡轮增压器提供的升压空气充气进行操作,其中进气压缩机由排气涡轮驱动。然而,由于涡轮充当散热片,因此将涡轮放置在排气系统中可以增加发动机冷起动排放。具体地,在发动机冷起动期间,发动机排气热可在涡轮处被吸收,从而降低了在下游排气催化剂处接收的排气热量。这样,这延迟了催化剂起燃。因此,为了激活排气催化剂,可能需要火花延迟。与火花延迟使用相关联的燃料缺陷可抵消或甚至超过升压发动机操作的燃料经济性效益。此外,在冷起动期间,由于低于阈值汽缸壁和活塞温度,碳氢化合物排放可以增加。因此,可能需要向发动机供应热以增加汽缸壁和活塞的温度。因此,已经研发了各种方法来在升压发动机的冷起动条件期间加快达到催化剂起燃温度。在Andrews的US8234865中示出的一个示例方法涉及在冷起动条件期间将排气经由绕过排气涡轮的通道朝向排气尾管输送。被动的热操作阀用于调整通过该通道的排气流,该阀在低温条件期间(诸如冷起动期间)打开。热操作阀包括基于温度变形从而调整阀的开口的双金属元件。通过避开涡轮,可以将排气热直接传送到排气催化剂。然而,本文专利技术人已经认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例,来自排气的热可不被充分回收并且不能充分用于加快汽缸壁和活塞的加热。由于产生的较低汽缸温度,可增加碳氢化合物排放。同样,由于排气绕过涡轮,可存在涡轮起转(spin-up)延迟,从而导致涡轮迟滞和升压性能降低。此外,在催化剂起燃之后,到达催化剂的无阻碍排气的温度可高于期望的温度。由于催化剂表面上(诸如排气氧化催化剂或三元催化剂的表面上)的涂层,催化剂可在较低排气温度下具有较高转化效率。高于到达催化剂的期望的排气温度的温度可导致催化剂功能降低。
技术实现思路
本文专利技术人已经确认了一种方法,通过该方法可以至少部分地解决上述问题。升压发动机的一个示例方法包括:在冷起动期间,使排气首先流动通过三元催化剂,然后流动通过底部转换器(underbodyconverter),然后流动通过具有热交换器的排气旁通通道,并且然后流动通过涡轮;将来自排气的热传递到循环通过热交换器的冷却剂;以及用在热交换器处回收的排气热加热发动机汽缸和活塞。以这种方式,可以使用排气热来增加汽缸壁和活塞温度,并且还加快催化剂起燃。在一个示例中,涡轮增压的发动机系统可以配置有分支排气组件,其中排气歧管下游的排气通道被分成至少三个分离的分支,每个分支形成不同的流动路径。所述分支可以经由阀彼此互连,使得能够通过调节阀的位置来调节排气沿每一个流动路径流动的顺序。不同的排气部件可以耦连到分支排气组件的不同分支。例如,涡轮增压器的排气涡轮可以耦连到第一分支,底部转换器可以耦连到第二分支,并且排气氧化催化剂(三元催化剂)可以耦连到排气组件的第三分支。排气旁通通道还可以将发动机冷却剂系统耦连到涡轮增压器上游的第一分支,使得在第一分支中接收的排气可以被直接从涡轮的上游传送到旁通通道中,而不经过涡轮。热交换器可以耦连在旁通通道中,其中来自排气的热可以被传递到循环通过热交换器的冷却剂。可以使用对分流阀(divertervalve)的位置的调节来控制经由旁通通道的排气流。在冷起动条件期间,可以通过发动机控制器调节排气系统阀的位置,以使排气首先流动通过催化剂,然后流动通过底部转换器,然后流动通过旁通通道,并且然后流动通过涡轮。通过冷却剂循环通过热交换器而从排气提取的热可用于增加汽缸壁和活塞温度。在催化剂起燃之后,可以调节阀的位置,以使排气首先流动通过涡轮,然后流动通过底部转换器,并且然后流动通过催化剂。这允许加快涡轮起转。在高发动机负荷条件期间,诸如在以升压操作时,可以调节阀的位置,使得排气可以通过两个分离的流动路径被同时传送到尾管。例如,排气的第一部分可以首先流动通过旁通通道,然后流动通过涡轮,然后流动通过底部转换器,并且然后在经由尾管排出之前流动通过起燃催化剂。排气的第二(其余的)部分可以首先流动通过涡轮,然后流动通过底部转换器,并且然后在经由尾管排出之前流动通过起燃催化剂。被传送通过热交换器的排气的所述部分可以基于发动机加热需求和发动机负荷被调节。同样,在高发动机负荷条件期间,可以将冷却流体喷射到涡轮上游的排气流中,以降低进入涡轮的排气的温度。以这种方式,通过将排气传送通过分支排气组件的不同的流动路径,可以在冷起动条件期间加快达到催化剂起燃温度,同时提取排气热并向发动机提供升压。具体地,可以使排气流动通过热交换器、涡轮、排气催化剂和底部转换器中的每一个,其中排气流通过部件的顺序基于工况进行调节。通过在冷起动条件期间调节排气流以在使排气流动通过其余的排气部件之前将热排气首先传送通过排气催化剂,并且然后传送通过热交换器,排气热可以有效地用于加热催化剂和其他发动机部件。通过在催化剂活化之后调节排气流,以在使排气流动通过其余的排气部件之前将热排气传送通过排气涡轮,减小了涡轮迟滞,此外,降低了在催化剂处接收的排气的温度,从而改善了催化剂转化效率。使用发动机冷却剂回收排气热的技术效果是对汽缸壁加热,并且活塞可以被加速,并且可以减少碳氢化合物排放,特别是在冷起动条件期间。通过经由排气组件中的多个流动路径传送排气,可以降低流动通过涡轮的排气的温度,从而在高发动机负荷条件期间减少升压误差和涡流硬件故障的可能性。此外,通过使用涡轮上游的冷却液体来降低排气温度,可以减少对涡轮硬件的损坏。总的来说,通过改变排气流通过排气部件的顺序并回收排气热,可以改善升压发动机系统中的发动机效率、排放质量和燃料效率。应当理解,提供上面的
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的所选概念。这并不旨在确认所要求保护的主题的关键或必要特征,所述主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外,要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分提到的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出包括第一分支排气组件和排气热交换器的发动机系统的示例实施例。图2示出包括第二分支排气组件和排气热回收系统的发动机系统的示例实施例。图3A示出以第一模式操作的图1的第一分支排气组件的示例实施例。图3B示出以第二模式操作的图1的第一分支排气组件的示例实施例。图3C示出以第三模式操作的图1的第一分支排气组件的示例实施例。图4A示出以第一模式操作的图2的第二分支排气组件的示例实施例。图4B示出以第二模式操作的图2的第二分支排气组件的示例实施例。图4C示出以第三模式操作的图2的第二分支排气组件的示例实施例。图5示出说明可被实施用于调节通过第一分支排气组件和热交换器的排气流的示例方法的流程图。图6示出说明第一分支排气组件的不同操作模式的表。图7示出第一分支排气组件的示例操作。图8示出说明可被实施用于调节通过第二分支排气组件和排气热回收系统的排气流的示例方法的流程图。图9示出说明第二分支排气组件的不同操作模式的表。图10示出第二分支排气组件的示例操作。具体实施方式以下描述涉及用于减少发动机排放并回收排气热同时向发动机系统提供升压的系统和方法。包括分支排气组件的示例发动机系统在图1和图2中示出。在图1的系统中,不同的热交换器用于回收排气热能以用于加热汽缸壁和本文档来自技高网
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用于减少排放的方法和系统

【技术保护点】
一种方法,其包括:在冷起动期间,使排气首先流动通过三元催化剂,然后流动通过底部转换器,然后流动通过具有热交换器的排气旁通通道,并且然后流动通过涡轮;将来自排气的热传递到循环通过所述热交换器的冷却剂;以及用在所述热交换器处回收的排气热加热发动机汽缸和活塞。

【技术特征摘要】
2016.09.12 US 15/263,1051.一种方法,其包括:在冷起动期间,使排气首先流动通过三元催化剂,然后流动通过底部转换器,然后流动通过具有热交换器的排气旁通通道,并且然后流动通过涡轮;将来自排气的热传递到循环通过所述热交换器的冷却剂;以及用在所述热交换器处回收的排气热加热发动机汽缸和活塞。2.根据权利要求1所述的方法,还包括:在三元催化剂起燃之后,使排气首先流动通过所述涡轮,然后流动通过所述底部转换器,并且然后流动通过所述三元催化剂;以及在高于阈值负荷操作期间,使排气的第一部分首先流动通过所述热交换器,然后流动通过所述涡轮,流动通过所述底部转换器,并且最后流动通过所述三元催化剂,并且同时使排气的第二部分首先流动通过所述涡轮,然后流动通过所述底部转换器,并且最后流动通过所述三元催化剂,绕过所述热交换器。3.根据权利要求2所述的方法,其中所述第一部分与所述第二部分的比率基于驾驶员需求和升压误差调节,所述调节包括当所述驾驶员需求增加时减少所述第一部分同时相应地增加所述第二部分,以及当所述升压误差增加时增加所述第一部分同时相应地减少所述第二部分,所述升压误差包括实际升压和期望升压之间的差。4.根据权利要求1所述的方法,其中所述涡轮容纳在第一分支中,所述底部转换器容纳在第二分支中,并且所述三元催化剂容纳在分支排气组件的第三分支中,所述第一分支、所述第二分支和所述第三分支经由第一四通阀和第二四通阀中的每一个彼此流体地连接。5.根据权利要求4所述的方法,其中所述排气旁通通道经由分流阀耦连到所述涡轮上游的所述第一分支,并且所述热交换器容纳在所述排气旁通通道中。6.根据权利要求5所述的方法,其中所述第一四通阀耦连到所述第一分支的第一端、所述第二分支的第一端和所述第三分支的第一端中的每一个,所述第二四通阀耦连到所述第一分支的第二端、所述第二分支的第二端和所述第三分支的第二端中的每一个,并且所述分流阀在与所述排气旁通通道的接合部处耦连到所述第一分支。7.根据权利要求2所述的方法,其中在所述冷起动期间使排气流动包括首先使排气在第一方向上流动通过所述三元催化剂,然后使排气在第二方向上流动通过所述底部转换器,并且然后使排气在所述第一方向上流动通过所述热交换器,并且使排气在所述第一方向上流动通过所述涡轮,所述第二方向与所述第一方向相反;其中在三元催化剂起燃之后使排气流动包括使排气首先在所述第一方向上流动通过所述涡轮,然后在所述第二方向上流动通过所述底部转换器,并且然后在所述第一方向上流动通过所述三元催化剂;以及其中在高于阈值负荷条件期间使排气流动包括使排气的第一部分首先在所述第一方向上流动通过所述热交换器,然后在所述第一方向上流动通过所述涡轮,然后在所述第二方向上流动通过所述底部转换器,并且然后在所述第一方向上流动通过所述三元催化剂,并且同时使排气的第二部分在所述第一方向上流动通过所述涡轮,然后在所述第二方向上流动通过所述底部转换器,并且然后在所述第一方向上流动通过所述三元催化剂,绕过所述热交换器。8.根据权利要求5所述的方法,其中在所述冷起动期间使排气流动还包括将所述第一四通阀致动到第一位置,将所述第二四通阀致动到第一位置,并且将所述分流阀致动到打开位置,其中在三元催化剂起燃之后使排气流动还包括将所述第一阀致动到第二位置,将所述第二阀致动到第二位置,并且将所述分流阀致动到关闭位置,并且其中在高于阈值负荷操作期间使排气流动还包括将所述第一阀致动到所述第二位置,将所述第二阀致动到所述第二位置,并且将所述分流阀致动到部分打开位置。9.一种发动机方法,其包括:在第一模式期间,使排气首先流动通过容纳在第三分支中的三元催化剂,然后流动通过容纳在第二分支中的底部转换器,然后流动通过第一排气通道、排气管道、第二排气通道,并且然后流动通过容纳在分支排气系统的第一分支中的涡轮;将来自流动通过所述排气管道的排气的热传递到经由同心冷却剂管道循环的冷却剂;以及用由所述冷却剂回收的排气热加热发动机汽缸和活塞。10.根据权利要求9所述的方法,还包括:在第二模式期间,使排气首先流动通过所述涡轮,然后流动通过所述底部转换器,并且然后流动通过所述三元催化剂;以及在第三模式期间,使排气首先流动通过所述涡轮,然后流动通过所述底部转换器,并且然后流动通过所述三元催化剂,并且将冷却流体喷射到所述涡轮上游的所述排气。11.根据权利要求10所述的方法,其中以所述第一模式操作包括将耦连到所述第一分支、所述第二分支和所述第三分支中的每一个的第一端的第一四通阀的位置偏移到第一位置,将耦连到所述第一分支、所述第二分支和所述第三分支中的每一个的第二端的第二四通阀的位置偏移到第一位置,将耦连到所述第一分支和所述第一排气通道的接合部的第一三通阀的位置偏移到第一位置,以及将耦连到所述第二排气通道和所述排气管道的接合部的第二三通阀的位置偏移到第一位置,并且以所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:张小钢
申请(专利权)人:福特环球技术公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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