使用二次空气喷射催化处理来自内燃机的排气的方法和系统以及其中使用的二次空气泵技术方案

在涡轮增压内燃机(ICE)系统中，催化处理装置在来自ICE的排气已经通过涡轮增压器涡轮之后接收所述排气。该系统包括用于将加压空气喷射到催化处理装置前面的排气中的二次空气泵(SAP)。SAP是单级离心式压缩机，其包括空气再循环通道，用于使由SAP加压的空气的第一部分连续地再循环回到SAP的入口，这对于加热SAP的蜗壳中的空气是有效的。将由此已经被加热的加压空气的第二部分喷射到朝向催化处理装置行进的排气中。行进的排气中。行进的排气中。

【技术实现步骤摘要】
使用二次空气喷射催化处理来自内燃机的排气的方法和系统以及其中使用的二次空气泵


[0001]本申请总体上涉及涡轮增压内燃机系统。本申请更具体地涉及在排气系统中采用催化处理装置的这种发动机系统。

技术介绍

[0002]涡轮增压器与一些内燃机一起使用以便提高发动机的性能。从发动机的气缸排出的排气被收集在排气歧管中并且被供应到涡轮增压器的涡轮以驱动涡轮叶轮，该涡轮叶轮进而驱动涡轮增压器的压缩机叶轮。压缩机对空气加压并将其供应到发动机的进气歧管。内燃机上的总压力比由此增加，从而允许发动机产生增加的扭矩和功率输出，以及以更高的效率操作。
[0003]由于政府规定旨在减少来自内燃机的有害排气排放，内燃机系统几乎总是在排气系统中包括催化处理装置(通常称为催化转化器)。在催化处理装置内，排气流过由涂覆有诸如铂和钯的催化剂的基底制成的致密蜂窝结构。通常，存在两种或更多种不同的催化剂，诸如一种催化剂催化还原过程以将氮氧化物转化为氮气和氧气，并且另一种催化剂催化氧化过程以将一氧化碳转化为二氧化碳。
[0004]存在催化剂在它们变得有效将排气中的NOx和CO转化为无害物质之前必须被加热到的最低温度(称为“起燃温度(light
‑
off temperature)”)。因此，在发动机的“冷启动”期间(例如，在车辆已经停放过夜并且在早晨启动之后)，在催化剂已经达到它们的起燃温度之前存在一段时间，在此期间，催化处理装置不是有效的。这是一个严重的问题，因为据估计，当催化装置没有效果时，在冷起动时段期间，发动机操作会导致多达80％的总车辆发动机排放。期望尽可能地最小化该时间段。
[0005]本申请描述了采用用于实现催化处理装置的快速起燃的有利手段的方法和涡轮增压内燃机系统的实施例。

技术实现思路

[0006]本公开描述了一种促进涡轮增压内燃机(ICE)系统中催化剂的快速起燃的方法和系统。根据本专利技术的一个实施例，一种用于来自ICE的排气的催化处理方法包括以下步骤：
[0007]提供催化处理装置，所述催化处理装置连接至运载来自所述ICE的排气的排气管道；
[0008]提供二次空气泵(SAP)，该二次空气泵包括：单级离心式压缩机，该单级离心式压缩机包括固定到围绕轴线旋转的轴上的压缩机叶轮、压缩机壳体，该压缩机壳体包围该压缩机叶轮并且限定将空气引导到该压缩机叶轮中的空气入口，该压缩机壳体限定从该压缩机叶轮接收加压空气的蜗壳；以及再循环通道，该再循环通道被连接在该蜗壳与该空气入口之间，用于致使由该压缩机叶轮产生的加压空气的第一部分再循环回到该空气入口；
[0009]提供空气喷射管线，所述空气喷射管线在所述催化处理装置上游的点处连接在所
述SAP的所述蜗壳与所述排气管道之间，用于将所述加压空气的第二部分喷射到朝向所述催化处理装置行进的所述排气中；以及
[0010]操作所述SAP以将加压空气供应到所述蜗壳中，使得所述加压空气的所述第一部分连续地再循环，以便加热所述蜗壳中的所述加压空气，从而加热被喷射到朝向所述催化处理装置行进的所述排气中的所述加压空气的所述第二部分。
[0011]在一个实施例中，提供催化处理装置的步骤包括提供电加热催化剂(EHC)，该EHC包括壳体、设置在壳体内的基底、设置在基底上的催化剂以及电加热器，该电加热器靠近催化剂设置并且可操作以接收电功率并产生有效升高催化剂的温度的热能，并且还包括与操作SAP的步骤同时地供应电功率到EHC的步骤。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，加压空气的第一(再循环)部分包括穿过SAP的总空气流的按质量流量计的10％至40％，并且加压空气的第二(喷射)部分包括所述总空气流的按质量流量计的90％至60％。
[0013]根据一个实施例，该方法还包括如下步骤：在检测到特征催化过程参数已经达到期望值时终止喷射加压空气的第二部分。
[0014]如所述的，本专利技术还包括涡轮增压ICE系统。根据本专利技术的实施例，涡轮增压ICE系统包括：
[0015]内燃机(ICE)，所述内燃机具有用于将空气供应至所述ICE的气缸的进气歧管，并且具有用于收集来自所述气缸的排气的排气歧管；
[0016]涡轮增压器，其与所述ICE联接，所述涡轮增压器包括压缩机和涡轮，所述压缩机接收空气并压缩所述空气且将压缩空气供应至所述ICE的所述进气歧管，所述涡轮接收来自所述排气歧管的排气且使所述排气膨胀且通过排气管道排出所述排气；
[0017]催化处理装置，其连接到所述排气管道，用于接收和处理所述废气；
[0018]二次空气泵(SAP)，该二次空气泵包括：单级离心式压缩机，该单级离心式压缩机包括固定到可绕轴线旋转的轴上的压缩机叶轮、包围该压缩机叶轮并限定将空气引导到该压缩机叶轮中的空气入口的压缩机壳体，该压缩机壳体限定从该压缩机叶轮接收加压空气的蜗壳；以及连接在该蜗壳和该空气入口之间的再循环通道，用于使由该压缩机叶轮产生的加压空气的第一部分再循环回到该空气入口；以及
[0019]空气喷射管线，所述空气喷射管线在所述催化处理装置的上游的点处从所述SAP的所述蜗壳连接到所述排气管道，以用于将所述加压空气的第二部分喷射到朝向所述催化处理装置行进的所述排气中。
[0020]该系统还可以包括阀，该阀连接到空气喷射管线并且可在允许将加压空气的第二部分喷射到排气中的打开位置与防止所述喷射的关闭位置之间调节。
附图说明
[0021]已经概括地描述了本公开，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：
[0022]图1是适于采用根据本专利技术的实施例的催化处理方法的内燃机系统的示意图；
[0023]图2是根据本专利技术的一个实施例的二次空气泵(SAP)的侧视图；
[0024]图3是SAP沿图2中的线3
‑
3的截面视图；
[0025]图4是SAP沿图3中的线4
‑
4的轴向截面视图；以及
[0026]图5是根据本专利技术的第二实施例的SAP的截面视图。
具体实施方式
[0027]现在将参照上述附图更详细地描述本公开，附图描绘了本公开所属的(一个或多个)专利技术的一些但不是全部实施例。这些专利技术可以以各种形式实施，包括本文没有明确描述的形式，并且不应被解释为限于本文描述的特定示例性实施例。在以下描述中，相同的附图标记始终表示相同的元件。
[0028]图1示出了发动机系统，其中可以实施根据本专利技术的实施例的用于发动机排气的催化处理方法。该发动机系统包括内燃机(ICE)10，其具有用于将增压空气供应到发动机的气缸以与燃料混合并在气缸内燃烧的进气歧管IM，和用于收集从气缸排出的排气的排气歧管EM。该系统还包括涡轮增压器TC，所述涡轮增压器包括用于压缩空气并将其作为增压空气供应到进气歧管的压缩机C，以及从发动机排气歧管接收排气并使气体膨胀以产生驱动压缩机的动力的涡轮T。在通过涡轮之后(或者在一些情况下，在经由废气门等绕过涡轮之后)，排气行进通过排气管道EC。该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于来自内燃机(ICE)的排气的催化处理方法，包括以下步骤：提供催化处理装置，所述催化处理装置连接至运载来自所述ICE的排气的排气管道；提供二次空气泵(SAP)，所述二次空气泵包括：单级离心式压缩机，所述单级离心式压缩机包括固定到能够围绕轴线旋转的轴上的压缩机叶轮、压缩机壳体，所述压缩机壳体包围所述压缩机叶轮并且限定将空气引导到所述压缩机叶轮中的空气入口，所述压缩机壳体限定从所述压缩机叶轮接收加压空气的蜗壳；以及再循环通道，所述再循环通道被连接在所述蜗壳与所述空气入口之间，用于致使由所述压缩机叶轮产生的加压空气的第一部分再循环回到所述空气入口；提供空气喷射管线，所述空气喷射管线在所述催化处理装置上游的点处连接在所述SAP与所述排气管道之间，用于将所述加压空气的第二部分喷射到朝向所述催化处理装置行进的所述排气中；操作所述SAP以将加压空气供应到所述蜗壳中，使得所述加压空气的所述第一部分连续地再循环，以便加热所述蜗壳中的所述加压空气，从而加热被喷射到朝向所述催化处理装置行进的所述排气中的所述加压空气的所述第二部分。2.根据权利要求1所述的催化处理方法，其中提供所述催化处理装置的步骤包括提供电加热催化剂(EHC)，所述电加热催化剂包括催化剂和电加热器，所述电加热器靠近所述催化剂设置并且可操作以接收电功率并产生有效升高所述催化剂的温度的热能，并且所述方法还包括与操作所述SAP的步骤同时将电功率供应至所述EHC的步骤。3.根据权利要求1所述的催化处理方法，其中所述加压空气的所述第一部分包括穿过所述SAP的总空气流的按质量流量计10％至40％，并且所述加压空气的所述第二部分包括所述总空气流的按质量流量计90％至60％。4.根据权利要求1所述的催化处理方法，其中，还包括在检测到特征催化过程参数已经达到期望值时终止所述加压空气的第二部分的喷射的步骤。5.根据权利要求1所述的催化处理方法，其中操作所述SAP的步骤包括用电动马达旋转驱动所述SAP。6.一种涡轮增压发动机系统，包括：内燃机(ICE)，所述内燃机具有用于将空气供应至所述ICE的气缸的进气歧管，并且具有用于收集来自所述气缸的排气的排气歧管；涡轮增压器，其与所述ICE联接，所述涡轮增压器包括压缩机和涡轮，所述压缩机接收空气并压缩所述空气且将压缩空气供应至所述ICE的所述进气歧管，所述涡轮接收来自所述排气歧管的排气且使所述排气膨胀且通过排气管道排出所述排气；催化处理装置，其连接到所述排气管道，用于接收和处理所述排气；二次空气泵(SAP)，所述二次空气泵包括：单级离心式压缩机，所述单级离心式压缩机包括固定到能够绕轴线旋转的轴上的压缩机叶轮、包围所述压缩机叶轮并限定将空气引导到所述压缩机叶轮中的空气入口的压缩机壳体，所述压缩机壳体限定从...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：盖瑞特动力科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：