限制NOX排放制造技术

一种控制内燃机的方法，该方法限制了不利的氮和氧化合物的排放并提供了增大的瞬间功率。

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请要求2011年9月28日提交的美国申请序列第61/540073号和2011年11月8日提交的美国申请序列第61/557077号的优先权，这两份申请的内容通过参考全文结合于此。专利
本专利技术涉及压缩点火内燃机和废气后处理的运行以限制氮氧化物的排放。实施方式涉及引擎的功率瞬间增大的运行。技术背景内燃机广泛用于驱动发电机、机动车引擎等。内燃机的废气排放及其对环境的影响越来越引人关注。由于这些关注，已经采取了一些法令来限制可能从这些引擎排放到环境中的各种废气的量。目前特别注意减少氮和氧化合物的废气排放，包括NO和N2O，它们统称为NOx。在内燃机的燃烧室中，当氮和氧因为燃料燃烧而达到高温时，形成这些化合物。三效催化剂(称为TWC)已经广泛用于减少来自火花点火引擎的NOx排放。当存在氧时，TWC使废气中的NOx还原的效率降低。对于使用接近化学计量点的空气/燃料混合物运行并形成几乎不含氧的废气的火花点火引擎，这并非重要限制条件。但是，TWC在其老化过程中经历性能降低，即使对牢固的催化剂材料也是如此。设计和控制压缩点火引擎及其废气后处理系统的目标之一是限制来自压缩点火引擎的不利废气排放。压缩点火引擎运行时，进入引擎的空气通常远远多于所提供量的燃料燃烧所需要的空气。这种空气和燃料的混合物称为“贫燃”混合物，而运行时空气较少的混合物称为“富燃”混合物。空气和燃料的贫燃混合物燃烧，在引擎r>的燃烧室内产生高温。贫燃混合物包含显著量的氧，这些氧没有在燃烧中消耗掉，而是可与氮组合形成NOx。空气和燃料的贫燃混合物形成具有显著量的氧的废气，使得TWC还原NOx的效率降低。已知有多种不同策略来限制压缩点火引擎的NOx排放。一种策略是提供对引擎废气中的氮和氧化合物进行选择性催化还原。另一种策略是通过使引擎废气返回引擎的燃烧室从而防止形成NOx，称为“废气循环”(EGR)。将废气引入引擎燃烧室中，能以两种方式减少NOx的形成。废气代替空气从而减少可供形成NOx的氧量。废气还用作加热的稀释剂，从而在燃烧室中得到较低的燃烧温度。采用显著的废气循环运行的压缩点火引擎可能不需要后处理来减少NOx排放。在这些条件下运行压缩点火引擎时，由于在该运行过程中燃烧的燃料量有限，所以由该引擎产生的功率降低。在恒定引擎速度条件下或者更常见的是在机动车加速的运行过程中，当压缩点火引擎需要更高功率时，必须燃烧更多的燃料来提供所需的功率。通常，要求引擎在短时间内产生更高的功率。与低功率水平的长时间运行相比，在短时间响应内增大功率的要求同时需要更多燃料和不同的燃料供应时间调配(fueling timing)。压缩点火引擎通常由引擎控制单元(ECU)控制，该引擎控制单元监视引擎运行的条件并操作控制引擎运行的启动器。所监视的条件包括进入引擎的空气质量流量、进气歧管温度和压力、以及引擎速度。还可监视废气和/或进气流的氧含量。燃料注射可将燃料引入引擎中用于燃烧。燃料注射器可允许对将燃料注射进引擎中的量、时间调配和方式(pattern)进行控制。压缩点火引擎还可包括涡轮增压器，该涡轮增压器具有可变喷嘴机制，可以控制该机制从而对从涡轮增压器提供给引擎的空气压缩(推进)进行控制。压缩点火引擎还可具有EGR阀，该阀控制分送到进入引擎的空气流中的废气量。对于包括这些可控装置的引擎，ECU可控制燃料注射、涡轮增压器可变喷嘴机制以及EGR阀。由于ECU能监视和控制压缩点火引擎的运行，所以ECU能改变该引擎的运行。ECU可通过用于引擎条件和控制启动器的设定点的组合来控制引擎运行。ECU可从传感器获得信息，根据该传感器信息和运行设定点来决定启动器设置。ECU可根据存储的设定值或根据传感器输入计算设定值，从而编程控制引擎运行。专利技术概述在本专利技术的一个方面中，描述了具有废气后处理系统的压缩点火引擎的运行，该引擎能提供快速增大的功率并将氮和氧化合物的废气排放保持在所需水平。描述的另一方面涉及为内燃机提供一种后处理系统，在瞬间增大功率的运行中，该系统能消除废气流中的不利化合物。本专利技术描述的另一方面涉及对内燃机进行控制，从而限制从该引擎排放的不利化合物，并在瞬间增大功率的运行中控制引擎的燃料供应，从而使废气流具有能有效进行后处理的组成。本专利技术另一方面涉及为压缩点火引擎提供一种后处理系统，该系统包括催化剂涂覆表面，在引擎提供高功率的运行过程中，该表面处发生的催化反应能减少废气中NOx的量。本专利技术另一方面涉及一种废气后处理系统，该系统包括三效催化剂，用于减少来自压缩点火引擎的废气中的NOx量。本专利技术描述的另一方面涉及一种废气系统，该系统改变了废气的组成，从而确保能通过三效催化剂还原NOx。本专利技术另一方面为压缩点火引擎提供一种废气系统，该系统包括碳氢化合物主动注射器，该注射器设计成将碳氢化合物注射到废气流中，从而加强三效催化转化器上的NOx还原。本专利技术另一方面涉及对以下两种选项作出决定的方法，一种选项是用空气/燃料的富燃混合物向压缩点火引擎供应燃料，另一种选项是当检测到富燃混合物时，在废气进入三效催化剂之前将碳氢化合物注射到废气中。附图简要描述图1是所述具有废气后处理的压缩点火引擎的代表性示意图。图2显示了进气混合物中的废气量与引擎废气中的氮化合物量之间的关系。图3显示了后处理系统的一种实施方式。图4显示了在空气/燃料的贫燃混合物运行条件下以及在接近化学计量的空气/燃料混合物运行条件下，压缩点火引擎的后处理系统在功率增大的运行中排放的NOx量。图5是用于废气系统的碳氢化合物注射器系统的代表性示意图。图6是将碳氢化合物注射到压缩点火引擎的废气中时可执行操作的流程图。图7显示了在示例性柴油机的瞬间运行过程中，速度和扭矩的变化。图8显示了在图7所示的瞬间运行中，三效催化转化器的NOx输出的变化，其中将不同量的碳氢化合物注射到废气流中。专利技术详述本文所述的实施方式涉及控制压缩点火引擎并对该引擎产生的废气进行后处理。具体来说，一些实施方式涉及控制压缩点火引擎，从而当引擎运行产生等于或接近其容量的功率时，限制NOx的排放。此外，一些实施方式涉及改进具有废气循环的压缩点火引擎在增大功率时所需的瞬间响应，并限制氮和氧化合物的排放。以下将参考显示了实施方式的附图，对一些实施方式进行更全面的描述。在所有附图中，类似的附图标记表示类似的部件。但是其他一些实施方式可采取许多不同的形式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运行压缩点火引擎以限制该引擎在瞬间增大功率运行中的废气排放的方法，该方法包括：通过为该引擎的燃烧室提供第一空气/燃料混合物，以第一功率输出运行该引擎；从该引擎收到增加功率输出的要求，该要求大于第一功率输出；为该引擎的燃烧室提供第二空气/燃料混合物，该第二空气/燃料混合物中包含的燃料量大于第一空气/燃料混合物中包含的燃料量；和在该引擎的富燃操作中，对废气流进行非脲后处理，以降低废气中的污染物水平，从而实时减少污染物同时增加引擎功率。

【技术特征摘要】
1.一种运行压缩点火引擎以限制该引擎在瞬间增大功率运行中的废气排放的
方法，该方法包括：
通过为该引擎的燃烧室提供第一空气/燃料混合物，以第一功率输出运行该引
擎；
从该引擎收到增加功率输出的要求，该要求大于第一功率输出；
为该引擎的燃烧室提供第二空气/燃料混合物，该第二空气/燃料混合物中包含
的燃料量大于第一空气/燃料混合物中包含的燃料量；和
在该引擎的富燃操作中，对废气流进行非脲后处理，以降低废气中的污染物
水平，从而实时减少污染物同时增加引擎功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污染物是NOx。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，NOx降低至低于0.2克/引擎马力-
小时功。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，NOx降低至低于0.3克/引擎马力-
小时功。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二空气/燃料混合物是基本
富燃混合物。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基本富燃混合物的空气/燃料
比在包括化学计量空气/燃料比的范围内。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基本富燃混合物的范围是化
学计量空气/燃料比的约95%至约105%。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基本富燃混合物的范围是化
学计量空气/燃料比的约90%至约110%。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一空气/燃料混合物是基本
贫燃混合物。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基本贫燃混合物的空气/燃
料比约为17：1至约20：1。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述第二空气/燃料混合物
用于引擎的瞬间运行。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述后处理包括一种催化剂，在

\t废气中的氧浓度等于或低于预定水平时，可利用该催化剂减少污染物。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括减少通向引擎的
循环废气流，同时在引擎的燃烧室中提供第二空气/燃料混合物。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供第一空气/燃料混合物
的步骤还包括估计燃烧室中的氧浓度并根据该估计的氧浓度控制燃料流的步骤。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，估计燃烧室中的氧浓度的步骤
还包括利用至少一个传感器感应废气中的氧浓度的步骤。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述至少一个传感器是λ传感
器。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩点火引擎是以柴油为燃
料的。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩点火引擎还包括：
涡轮增压器，该涡轮增压器由来自引擎的废...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·L·卡塔尼，M·乌哈斯基，R·罗迪古兹，J·S·J·陈，J·R·希格勒，D·卡迪卡尔，J·G·施普，M·J·塞伯利希，N·辛格，J·P·席尔瓦，B·J·阿道曼，S·曼达拉普，
申请(专利权)人：万国引擎知识产权有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US