排气热回收和碳氢化合物捕集制造技术

本发明专利技术涉及排气热回收和碳氢化合物捕集。提供了用于排气旁路组件处的排气热回收和碳氢化合物捕集的方法和系统。排气可以沿两个方向流过排气旁通通道以及被耦接至旁通通道的HC捕集器和热交换器中的每个。HC捕集器可以利用热排气被冲洗，并且来自排气的热可以在热交换器处被回收。

Exhaust heat recovery and hydrocarbon capture

The present invention relates to exhaust heat recovery and hydrocarbon capture. Methods and systems are provided for exhaust gas heat recovery and hydrocarbon capture at exhaust bypass components. The exhaust can flow through the exhaust bypass channel in two directions and each of the HC traps and heat exchangers that are coupled to the bypass channel. The HC trap can be flushed with thermal exhaust, and heat from the exhaust can be recovered at the heat exchanger.

【技术实现步骤摘要】
排气热回收和碳氢化合物捕集
本说明书大体涉及用于排气旁路组件处的排气热回收和碳氢化合物捕集的方法和系统。
技术介绍
发动机可以被配置有用于从内燃发动机排气能量回收热的排气热回收系统。热通过排气热交换器系统从热排气被转移到冷却液。来自被循环通过加热器核心的冷却液可以被用于这样的功能，诸如加热汽缸盖，因此使乘客车厢迅速地变暖，由此改善发动机效率。在混合动力电动车辆中，排气热的回收通过使发动机温度更快地变暖而改善燃料经济性，由此在电动模式下允许更快的发动机关闭和车辆的延长的使用。排气热也可以在排气再循环(EGR)冷却器处被取回。EGR冷却器可以被耦接至EGR输送系统，以使再循环的排气的温度在被输送至进气歧管之前降下来。EGR被用来减少排气NOx排放，通过减少低负荷下的节流损失而改善燃料经济性，并且改善爆震容限。在冷启动状况期间和/或在发动机怠速期间，催化剂温度会较低，例如低于起燃温度。由于低温度，催化剂会不能有效地转化冷启动排气碳氢化合物。碳氢化合物(HC)捕集器(诸如含有沸石的捕集器)可以被用来从低温度排气吸附HC。HC捕集器需要被周期性地冲洗(purge)以移除积聚的HC。若干方案被提供用于捕集在冷启动状况下离开催化剂的碳氢化合物。在一个示例中，如由Lupescu等人在US8635852中示出的，HC捕集器可以被耦接至平行于主排气通道的旁通通道。在冷启动状况下，在通过尾管被释放到大气之前，排气可以被输送通过HC捕集器。冷启动碳氢化合物可以在HC捕集器处被吸附。在发动机变暖之后，热排气沿相反方向被输送通过HC捕集器，将捕集的碳氢化合物抽取到发动机进气歧管用于燃烧。然而，专利技术人在此已经认识到上述问题和上述方案的潜在缺点。作为一个示例，由于HC捕集器的位置，进入捕集器的排气不会冷到足以用于大体上所有要被吸附的冷启动碳氢化合物，导致退化的排气排放。此外，来自冷排气的水会凝结在HC捕集器上，降低沸石的HC存储功能性。专利技术人还已经认识到，在这样的系统中协调EGR冷却与排气热回收会是困难的。具体地，由于更低质量流量下的低热通量，在EGR冷却器处回收的热不能被有效地用于加热车厢空间。因此，需要截然不同的热交换器用于车厢加热。同样地，即使热在热交换器处从排气被提取，经冷却的排气也不被再循环，导致对截然不同的EGR冷却器的需要。额外的部件增添了成本和复杂性以及对于截然不同的运转实现期望的热转移的困难性。
技术实现思路
专利技术人在此已经识别了一种可以至少部分地解决上述问题的方案。一种用于发动机的示例方法包含：在第一模式下运转，其中排气从排气催化剂的下游流过排气旁路，并沿第一方向流过被耦接在所述排气旁路中的上游热交换器和下游碳氢化合物捕集器中的每一个，并且然后流至排气尾管；以及在第二模式下运转，其中排气从排气催化剂的下游流过排气通道，然后沿第二相反方向流过碳氢化合物捕集器且然后流过热交换器，并且流至所述发动机进气装置。以此方式，冷启动HC排放能够被减少，同时回收排气热用于车厢加热。在一个示例中，一种发动机系统可以被配置有热交换器，所述热交换器在催化转化器的下游被设置在平行于主排气通道设置的排气旁路中。碳氢化合物捕集器(例如，基于沸石的捕集器)可以在热交换器下游被设置在旁路中。导流阀可以被用来使得排气能够从催化转化器的下游被转向到旁路内，并且沿两个方向中一个通过热交换器和HC捕集器，所述导流阀的位置基于发动机运转参数而被调整。例如，在冷启动状况下，阀/气门(valve)可以被调整以使排气流过旁通通道，沿第一方向流过热交换器，并且然后流过HC捕集器，并且然后流至排气尾管。在沿第一方向的流动期间，排气热被转移到热交换器，并且经冷却的排气可以流过HC捕集器，其中碳氢化合物可以被吸附。在热交换器处，来自排气的热可以被转移到循环的冷却液，并且热冷却液然后可以被用于诸如车厢加热的功能。通过使排气流过热交换器并且然后流过HC捕集器，在排气中产生的冷凝液被延迟进入HC捕集器，使得排气HC能够以更高的效率被存储在HC捕集器中。相比之下，在发动机变暖之后，HC捕集器可以通过调整气门以使热排气流过主通道并且然后流入旁路而被冲洗，在排气经由EGR通道被再循环至发动机进气装置之前排气沿与第一方向相反的第二方向流过旁路(流过HC捕集器并且然后流过热交换器)。热排气可以冲洗HC捕集器，并且残余物可以与EGR一起被输送到发动机进气歧管。在该流动期间在热交换器处回收的热被转移到循环的冷却液，并且随即被转移到加热器核心用于诸如在加热乘客车厢和/或加热汽缸盖时进一步使用。另外，在当冷却液变暖被需要而EGR不被需要时的状况下，气门可以被调整使得排气的一部分能够在被返回到主排气通道以便释放到大气之前经过HC捕集器和热交换器。在热交换器处，来自排气的热可以被转移到冷却液，由此增加冷却液温度。以此方式，发动机系统的加热要求可以利用单个热交换器来满足，同时减少冷启动碳氢化合物的排放。通过在通过尾管释放排气之前使冷启动排气流过热交换器并且然后流过HC捕集器，热交换器可以延迟从行进到下游HC捕集器的冷排气中的水的凝结。因此，这种延迟允许冷启动HC溜过热交换器到达下游HC捕集器，从而允许捕集器被大体上专门用于排气HC而竞争的水被保留在热交换器处。同时，在热交换器处释放的热能够被有利地用于加热车辆车厢空间。然后，一旦主催化剂已经变暖到起燃水平，捕集的HC能够被抽取到发动机进气装置作为在热交换器处被冷却的EGR。通过经由单个热交换器提供EGR冷却器和排气热交换器的功能，成本和部件减少益处被实现而不限制任一系统的功能性或能力。此外，通过在热交换器下游增添HC捕集器，冷启动碳氢化合物可以被有效地吸附。将HC捕集器设置在热交换器下游的技术效果是，来自排气的水将会凝结在热交换器上并且沸石上的水凝结可以被避免，由此改善其效率。通过利用导流阀来调节通过旁通通道的排气的流动，排气能够沿两个方向流动穿过热交换器和HC捕集器。因此，这改善了热转移效率，并且促进了HC捕集器冲洗。总的来说，通过改善能够利用更少部件从排气回收的废热量，发动机燃料经济性和性能被改善。应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念的选择，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被随附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出了包括具有HC捕集器和热交换器的排气旁路组件的发动机系统的示例实施例。图2A示出了在第一模式下运转的图1的排气旁路组件的示例实施例。图2B示出了在第二模式下运转的图1的排气旁路组件的示例实施例。图3示出了图示可以被实施用于调整通过图1的排气旁路组件的排气流的示例方法的流程图。图4示出了图示图1的排气旁路组件的不同运转模式的表。图5示出了图1的排气旁路组件的示例运转。具体实施方式以下描述涉及用于在排气旁路组件处利用单个热交换器和碳氢化合物捕集器来改善排气热回收的系统和方法。在图1示出了包含具有热交换器和HC捕集器的排气旁路组件的示例发动机系统。导流阀被用来实现排气通过图1的旁路组件中的热交换器和HC捕集器的双向流动。参照图2A-2B和4详述了图1的系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包含：使发动机排气流过排气旁路，并沿第一方向流过被耦接在所述排气旁路中的上游热交换器和下游碳氢化合物捕集器中的每一个，并且然后流至排气尾管；以及在不同的时刻，使排气流过排气通道，然后沿第二相反方向流过所述热交换器和所述碳氢化合物捕集器，并且流至发动机进气装置。

【技术特征摘要】
2016.01.29 US 15/010,6881.一种方法，其包含：使发动机排气流过排气旁路，并沿第一方向流过被耦接在所述排气旁路中的上游热交换器和下游碳氢化合物捕集器中的每一个，并且然后流至排气尾管；以及在不同的时刻，使排气流过排气通道，然后沿第二相反方向流过所述热交换器和所述碳氢化合物捕集器，并且流至发动机进气装置。2.根据权利要求1所述的方法，其中在第一模式期间排气流过所述排气旁路，并且在第二模式期间排气流过所述通道，所述方法进一步包含基于发动机温度而在所述第一与第二模式之间进行选择。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述选择包括当所述发动机温度在阈值之下时选择所述第一模式，并且当所述发动机温度在所述阈值之上时选择所述第二模式，所述阈值基于催化剂起燃温度。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述排气旁路在排气催化剂的下游经由导流阀被耦接至主排气通道，所述排气旁路在所述尾管的上游被进一步耦接至所述主排气通道。5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述第一模式下运转包括将所述导流阀致动到第一位置，其中排气从所述排气催化剂的下游进入所述旁路的流动被启用；并且其中在所述第二模式下运转包括将所述导流阀致动到第二不同位置，其中排气从所述排气催化剂的下游进入所述旁路的流动被禁用。6.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一引导方向包括从所述热交换器的入口流动，然后流过所述热交换器的出口、流入所述HC捕集器的入口，并且然后流过所述HC捕集器的出口，并且其中所述第二引导方向包括从所述HC捕集器的所述出口流动，然后流过所述HC捕集器的所述入口、流入所述热交换器的所述出口、流入所述热交换器的所述入口。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述排气旁路经由包括EGR阀的EGR通道被进一步耦接至所述发动机进气装置。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述EGR通道在所述热交换器的所述入口的上游被耦接至所述排气旁路。9.根据权利要求7所述的方法，其中在所述第一模式期间，所述EGR阀被关闭，并且其中在所述第二模式期间，所述EGR阀被打开。10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包含，响应于对车厢加热的请求，从在所述第二模式下运转转变为在所述第一模式下运转。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述转变包括在所述HC捕集器的HC负荷在阈值之下之后进行转变，并将热从流过所述排气旁路的所述排气转移到所述热交换器，然后将热从所述热交换器转移到流过加热器核心的冷却液，并且然后基于所述对车厢加热的请求而通过从所述加热器核心吸取热来加热车辆车厢。12.一种用于发动机的方法，其包含：当发动机温度低于阈值时，使排气在排气旁路中流过热交换器并且然后流过碳氢化合物捕集器；以及当发动机温度高于所述阈值时，使排气在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·于里克，J·N·阿勒瑞，G·卡瓦泰欧，A·N·班克，
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