一种压燃内燃式发动机系统包括发动机和排气系统，所述排气系统具有上游排气管道、下游排气管道，以及用于将排气与发动机气缸内的燃料和空气混合的排气放置机构。上游排气管道具有原始排气入口、原始排气出口，以及在原始排气入口与原始排气出口之间的柴油机排气处理液(DEF)入口。下游排气管道包括裸颗粒过滤器和选择性催化还原(SCR)装置。还公开了相关的方法，其包括在启动模式下操作发动机，以及一旦SCR装置升温就在运行模式下操作发动机。
【技术实现步骤摘要】
用于选择性原位和非原位限制NOx产生的发动机系统和操作策略
本公开大体上涉及一种用于减轻某些排气排放物的发动机操作策略，并且更具体地涉及一种在不使用柴油机氧化催化剂(DOC)的情况下用于减少排放的多模式操作策略。
技术介绍
多年来一直关注减少内燃式发动机的排气中的某些排放物。发动机气缸内燃料和空气的燃烧会产生各种排放物，包括水、二氧化碳、包括碳烟和灰的颗粒物、未燃烧的碳氢化合物，以及氮氧化物或“NOx”。多年来已经制定了各种法规以限制某些排放物，特别是颗粒物和NOx的输出。发动机和相关系统的制造商已设计出许多不同的策略来限制颗粒物和NOx排放到环境。关于颗粒物，为内燃式发动机系统配备过滤设备以捕获将以其它方式排放到周围环境的颗粒物已成为常规。取决于类型的过滤策略可以具有各种优点或缺点，但是基本上在所有情况下都必须进行再生以燃烧捕获的材料，以便过滤器被清洁并可以继续执行其预期的功能而不会引起操作问题，例如过大的背压。过滤器再生通常根据两种基本策略之一进行，这两种基本策略通常被称为“被动”再生或“主动”再生。在主动再生的情况下，通常使用辅助热源(例如电加热器)或在排气系统本身内燃烧额外的燃料以将排气系统内的温度增加到捕获的有机物(例如碳烟)将燃烧以形成较少的不良化合物的温度。主动再生通常需要额外的设备和不希望的燃料能量消耗。另一方面，被动再生通常依赖于催化剂材料的使用以促进捕获的颗粒物的燃烧。催化剂通常由贵金属制成，并且因此需要大量的额外费用。在后处理系统中使用其他部件，例如限制NOx的选择性催化还原(SCR)装置，并且这些部件可能使整个系统相当复杂且昂贵。SCR装置已被证明是有效的，然而存在某些操作窗口，例如在冷启动期间，其中SCR装置未被充分加热以开始工作，并且至少在没有其他挑战的情况下难以或不可能限制NOx。由于这些及其它原因，工程师们一直在寻找材料、设备和技术以降低成本和复杂性，同时又不牺牲性能。日益严格的排放法规以及期望的新法规和未来不同法规使这些挑战更加复杂。从授予Tarabulski的美国专利号8,341,949已知一种示例性排气后处理策略。尽管该参考文献中公开的概念可以很好地用于预期目的，但始终存在改进和替代策略的空间。
技术实现思路
在一方面，一种操作发动机系统的方法包括在所述发动机系统中的发动机中的多个燃烧气缸中燃烧被压缩至自燃阈值的燃料和空气，以及在燃料和空气的燃烧期间原位限制NOx产生。所述方法还包括使用联接至所述发动机的颗粒过滤器过滤来自所述发动机的包含发动机排出NOx量的原始排气中的颗粒。所述方法还进一步包括将包含发动机排出NOx量的过滤后的排气从所述颗粒过滤器输送到选择性催化还原(SCR)装置，以及通过燃料和空气的燃烧产生足以将所述SCR装置从起始温度升温到激活温度的过滤后的排气的热能。在另一方面，一种操作内燃式发动机系统的方法包括在所述内燃式发动机系统中的发动机的启动模式下燃烧被压缩至自燃阈值的燃料和空气，以及将在启动模式下由所述发动机产生的排气通过非催化排气管道输送到裸颗粒过滤器和位于所述裸颗粒过滤器下游的选择性催化还原(SCR)装置。所述方法还包括至少部分地通过在燃料和空气的燃烧期间原位限制NOx产生来限制在所述启动模式下所述内燃式发动机系统的NOx输出。所述方法还进一步包括在所述发动机的运行模式下燃烧被压缩至自燃阈值的燃料和空气，并且将在运行模式下由所述发动机产生的排气通过所述非催化排气管道输送到所述裸颗粒过滤器和所述SCR装置，并且至少部分地通过用所述SCR装置减少排气中的NOx来限制在运行模式下所述内燃式发动机系统的NOx输出。所述方法还进一步包括基于在启动模式下由所述发动机产生的排气的热能将所述SCR装置升温到激活温度而将所述内燃式发动机系统从启动模式转换到运行模式。在又一方面，一种压燃内燃式发动机系统包括发动机，所述发动机包括具有形成于其中的多个燃烧气缸的气缸体、进气歧管，以及排气歧管。所述发动机系统还包括排气系统，所述排气系统具有上游排气管道、下游排气管道和排气放置机构，所述排气放置机构构造成将来自所述发动机的排气与所述多个燃烧气缸内的燃料和空气混合。所述上游排气管道具有布置成接收来自所述排气歧管的原始排气的原始排气入口，原始排气出口，以及流体地位于所述原始排气入口与所述原始排气出口之间的柴油机排气处理液(DEF)入口。所述下游排气管道具有裸颗粒过滤器，所述裸颗粒过滤器具有紧密联接至所述原始排气出口的过滤器入口、过滤器出口，以及选择性催化还原(SCR)装置，所述选择性催化还原装置具有紧密联接至所述过滤器出口的SCR入口和SCR出口。附图说明图1是根据一个实施例的内燃式发动机系统的侧视图；以及图2是示出了根据一个实施例的示例性方法的流程图。具体实施方式参考图1，示出了根据一个实施例的压燃内燃式发动机系统10。内燃式发动机系统10(以下称为“发动机系统10”)可以以液体燃料(例如柴油馏出物液体燃料)操作，并且包括具有气缸体14的发动机12，所述气缸体具有形成于其中的多个燃烧气缸16。发动机12还包括进气歧管18和排气歧管20。燃烧气缸16可以包括以任何合适的构造布置的任何数量。多个活塞30在每个燃烧气缸16内定位一个，并且在四冲程发动机循环中可在下止点位置和上止点位置之间移动，以将燃烧气缸16中一个相应燃烧气缸内的压力增加到自燃阈值。每个活塞30与连杆32联接，所述连杆以通常的常规方式使曲轴34旋转。发动机12还包括气缸盖36，所述气缸盖具有定位在其中的多个进气阀38和多个排气阀40，并且构造成打开和关闭以控制燃烧气缸16与进气歧管18或排气歧管20之间的气体交换，视情况而定。在一个实施例中，每个燃烧气缸16与两个进气阀38和两个排气阀40相关联，然而，本公开不限于此。发动机系统10还包括燃料系统42，所述燃料系统包括燃料泵44，所述燃料泵构造成将液体燃料从燃料供应装置45输送到多个燃料喷射器46，每个燃料喷射器延伸到燃烧气缸16中的一个中。燃料泵44可以是多个燃料泵中的一个，所述多个燃料泵包括燃料输送泵和高压燃料泵，其构造成对燃料加压以供应至向燃料喷射器46进给的共轨。实施方式还可以包括位于燃料喷射器46中的一个内或与其相关联的液压致动或机械致动的燃料增压柱塞。燃料喷射器46和发动机系统10的其他部件可以被电子控制，并且可以与电子控制单元或ECU47可控制地联接。发动机系统10还包括涡轮增压器48，所述涡轮增压器具有构造成从空气入口54接收用于燃烧的进入空气的压缩机50，以及构造成通过来自发动机12的排气旋转的涡轮机52。用于压缩的进入空气的后冷却器56可以位于压缩机50的下游。排气再循环回路或EGR管道58将进气歧管18与排气歧管20流体地连接。电子控制的EGR阀60可以至少部分地位于EGR管道58内。发动机系统10还包括排气系统22，所述排气系统具有上游排气管道24、下游排气管道26和排气放置机构28，所述排气放置机构构造成将来自发动机12的排气与燃烧气缸16内的燃料和空气本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种操作发动机系统的方法，包括：/n在所述发动机系统中的发动机中的多个燃烧气缸中燃烧被压缩至自燃阈值的燃料和空气；/n在燃料和空气的燃烧期间原位限制NOx产生；/n使用联接至所述发动机的颗粒过滤器过滤来自所述发动机的包含发动机排出NOx量的原始排气中的颗粒；/n将包含发动机排出NOx量的过滤后的排气从所述颗粒过滤器输送到选择性催化还原(SCR)装置；以及/n通过燃料和空气的燃烧产生足以将所述SCR装置从起始温度升温到激活温度的过滤后的排气的热能。/n
【技术特征摘要】
20190118 US 16/251,7241.一种操作发动机系统的方法，包括：
在所述发动机系统中的发动机中的多个燃烧气缸中燃烧被压缩至自燃阈值的燃料和空气；
在燃料和空气的燃烧期间原位限制NOx产生；
使用联接至所述发动机的颗粒过滤器过滤来自所述发动机的包含发动机排出NOx量的原始排气中的颗粒；
将包含发动机排出NOx量的过滤后的排气从所述颗粒过滤器输送到选择性催化还原(SCR)装置；以及
通过燃料和空气的燃烧产生足以将所述SCR装置从起始温度升温到激活温度的过滤后的排气的热能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中；
原位限制NOx产生包括将排气与所述多个燃烧气缸中的燃料和空气混合；
将排气与燃料和空气的混合还包括将来自所述发动机的再循环排气输送到所述多个燃烧气缸中；并且
所述方法还包括通过燃料和空气的燃烧在启动模式下操作所述发动机系统。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中：
产生热能还包括通过燃料和空气的燃烧产生足以在200秒或更短的时间内将所述SCR装置升温到大于200摄氏度的激活温度的热能；
所述方法还包括：
基于将所述SCR装置升温到激活温度而将所述发动机系统转换为运行模式；以及
在运行模式下在所述颗粒过滤器上游的位置处将还原剂喷射到来自所述发动机的原始排气中。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：
在运行模式下被动地再生所述颗粒过滤器；以及
至少部分地通过将来自所述发动机的热排气再循环到所述多个燃烧气缸而增加发动机排出排气温度以启动被动再生。
5.一种操作内燃式发动机系统的方法，包括：
在所述内燃式发动机系统中的发动机的启动模式下燃烧被压缩至自燃阈值的燃料和空气；
将在启动模式下由所述发动机产生的排气通过非催化排气管道输送到裸颗粒过滤器和位于所述裸颗粒过滤器下游的选择性催化还原(SCR)装置；
至少部分地通过在燃料和空气的燃烧期间原位限制NOx产生来限制在启动模式下所述内燃式发动机系统的NOx输出；
在所述发动机的运行模式下燃烧被压缩至自燃阈值的燃料和空气；
将在运行模式下由所述发动机产生的排气通过所述非催化排气管道输送到所述裸颗粒过滤器和所述SCR装置；
至...
【专利技术属性】
技术研发人员：W·罗布尔，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。