CN102418580A - 废气系统和改型方法 - Google Patents

废气系统和改型方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102418580A
CN102418580A CN2011102916004A CN201110291600A CN102418580A CN 102418580 A CN102418580 A CN 102418580A CN 2011102916004 A CN2011102916004 A CN 2011102916004A CN 201110291600 A CN201110291600 A CN 201110291600A CN 102418580 A CN102418580 A CN 102418580A
Authority
CN
China
Prior art keywords
waste gas
motor
inlet pipe
gas system
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011102916004A
Other languages
English (en)
Inventor
G·B·考克斯
R·Z·里奇
C·A·布朗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Inc filed Critical Caterpillar Inc
Publication of CN102418580A publication Critical patent/CN102418580A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/30—Arrangements for supply of additional air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2013—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2033—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using a fuel burner or introducing fuel into exhaust duct
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/30—Arrangements for supply of additional air
    • F01N3/32—Arrangements for supply of additional air using air pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/1015—Air intakes; Induction systems characterised by the engine type
    • F02M35/10157—Supercharged engines
    • F02M35/10163—Supercharged engines having air intakes specially adapted to selectively deliver naturally aspirated fluid or supercharged fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10209—Fluid connections to the air intake system; their arrangement of pipes, valves or the like
    • F02M35/10229—Fluid connections to the air intake system; their arrangement of pipes, valves or the like the intake system acting as a vacuum or overpressure source for auxiliary devices, e.g. brake systems; Vacuum chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0425—Air cooled heat exchangers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/49231—I.C. [internal combustion] engine making
    • Y10T29/49233—Repairing, converting, servicing or salvaging

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

公开了一种利用废气系统来改型发动机的方法。该方法可包括将废气处理装置放置在发动机的排气管道中；在废气处理装置上游的位置处将废气加热器布置成与发动机的排气管道流体连通。该方法还包括将空气供应通道的第一端在压缩机下游的位置处连接到发动机的入口管道，将其第二端连接到废气加热器。该方法可另外包括在空气供应通道的第一端下游的位置处将限制阀放置在发动机的入口管道中。

Description

废气系统和改型方法
技术领域
本发明涉及废气系统和改型方法，更具体地涉及一种利用改进的废气系统来改型现存发动机的方法。
背景技术
包括柴油发动机、汽油发动机、气体燃料供能发动机的发动机以及本领域已知的其他发动机排放空气污染物的复杂混合物。这些污染物包括例如氮氧化物的气体化合物和已知为颗粒物质或烟灰的固体物质。由于对环境的关注不断增加，废气排放标准已经变得更加严格，并且根据发动机类型、发动机尺寸和/或发动机等级规定了从发动机排放的气体化合物和固体物质的量。
发动机制造商实施的用来符合排放到环境的污染物规定的一种方法是利用催化过滤器和捕集器来还原、转化或以其他方式将气体化合物和颗粒物质从发动机的废气流去除。然而，这些催化过滤器和捕集器只能在特定的操作条件下高效地工作。例如，一些催化过滤器只能在暴露于升高的温度时高效工作。颗粒捕集器只能在充满烟灰之前的时间段工作。为了使颗粒捕集器继续运行，必须将其加热到被捕集的颗粒物质的燃烧阈值以上，使得颗粒物质可以被燃烧掉。因此，一些发动机废气系统配备了用于人工提高经过过滤器和捕集器的废气温度的装置，使得这些装置的使用可以得到改善和维持。
一种人工提高经过催化过滤器的废气温度的示例性废气系统在2001年5月8日授权给Hoffmann等人的美国专利6227180(’180专利)中有所公开。具体地，’180专利公开了一种增压内燃机，其中在发动机的排气管道中设置有催化转化器。发动机包括从增压器下游的进气装置延伸至催化转化器上游的排气管道中的位置的二次空气管道以及设置在二次空气管道中的阀。该发动机还包括在增压器的下游位置处设置在进气装置中的节流构件。控制节流构件和阀，使得充足的空气被提供给排气管道，以促进催化转化器中的燃烧并快速地加热催化转化器。
本发明的系统和方法解决了上面讨论的一个或多个问题和/或现有技术的其他问题。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种改型发动机的方法。该方法可包括将废气处理装置放置在发动机的排气管道中；在废气处理装置上游的位置处将废气加热器布置成与发动机的排气管道流体连通。该方法还包括将空气供应通道的第一端在压缩机下游的位置处连接到发动机的入口管道，将其第二端连接到废气加热器。该方法可另外包括在空气供应通道的第一端下游的位置处将限制阀放置在发动机的入口管道中。
本发明的另一方面涉及一种用于发动机的废气系统。该废气系统可包括排气管道；设置在排气管道中的废气处理装置；以及被定位成在废气处理装置的上游位置处与排气管道连通的废气加热器。该废气系统还可包括从压缩机下游位置处的发动机入口管道延伸到废气处理装置上游位置处的排气管道的空气供应通道；以及在空气供应通道的入口的下游位置处设置在发动机的入口管道内的限制阀。
附图说明
图1是一种示例性公开的动力单元的示意图。
具体实施方式
图1示出了一种示例性动力单元10。为了公开的目的，动力单元10被描述和描绘为包括四冲程柴油发动机12、空气引入系统14和废气系统16。空气引入系统14可被构造成将压缩空气或空气和燃料的混合物引导到发动机12中。发动机12可燃烧空气和燃料以产生机械输出和废气流。废气系统16可被构造成将废气流从发动机12引导到大气。本领域技术人员将会认识到，如果希望，动力单元10可以包括其他类型的内燃机，例如二冲程或四冲程汽油发动机或气体燃料供能发动机。
空气引入系统14可包括相互协作以调节和将压缩空气或者压缩空气和燃料的混合物引入发动机12中的多种部件。例如，空气引入系统14可包括位于一个或多个压缩机22下游的入口管道20中的空气冷却器18。压缩机22可被构造成经由过滤器24抽吸空气、对空气进行压缩、经过冷却器18借助入口管道20将空气引导到发动机12中。在空气经过冷却器18时，冷却器18可从空气抽出热量，由此降低空气温度并增加空气密度。
废气系统16可包括调节并将废气从发动机12引导到大气的多种部件。例如，废气系统16可包括排气管道26、由流经管道26的废气驱动的一个或多个涡轮28、以及流体连接到涡轮28下游的后处理模块30。来自发动机12的废气可被引导经过涡轮28，由此驱动涡轮28来转动压缩机22并压缩入口空气。在离开涡轮28后，废气流可经过后处理模块30并在排放到大气之前被调节。
后处理模块30可体现为包含在公共壳体内并具有即插即用功能的废气处理部件的模块化组件。即，后处理模块30可与很多不同的发动机和/或动力单元构造一起使用，大体上独立，并具有便于与动力单元10的其他部件连通废气、流体、动力和/或数据的简化连接接口。在一种例子中，后处理模块30尤其包括位于颗粒过滤器34上游的氧化催化器32、位于颗粒过滤器34下游的选择性催化还原(SCR)装置36、以及位于SCR装置36下游的清除催化器38。然而，可以想到，后处理模块30可以包括与上面所述的不同的、更少的或附加的部件。例如，如果希望，后处理模块30可只包括颗粒过滤器34。还可以想到，被描述为包含在后处理模块30中的部件可替代地作为单独和独立的部件被包括。
氧化催化器32例如可以是柴油氧化催化器(DOC)。作为DOC，氧化催化器32可包括多孔陶瓷蜂窝结构、金属网眼、金属或陶瓷泡沫或者涂覆有或以其他方式包含例如贵金属的催化材料的其他合适的基底，以催化化学反应从而改变经过氧化催化器32的废气成分。在一种实施方式中，氧化催化器32可包括便于NO转化成NO2以促进SCR装置36内的还原过程的钯、铂、钒或其混合物。在另一种实施方式中，氧化催化器32可替代地或额外地执行颗粒捕集功能(即，氧化催化器32可以是催化的颗粒捕集器)、碳氢化合物还原功能、一氧化碳还原功能和/或本领域已知的其他功能。
颗粒过滤器34可被构造成从发动机12的废气流去除颗粒物质。可以想到，颗粒过滤器34可以是包括导电或不导电粗网眼金属或陶瓷元件的柴油颗粒过滤器(DPF)，该金属或陶瓷元件具有足够大以允许废气流过但又足够小以捕集希望尺寸和/或数量的颗粒物质的开口。可以想到，如果希望，颗粒过滤器34可包括催化剂涂层，用以降低被颗粒过滤器34捕集的颗粒物质的点火温度。催化剂涂层可支持HC、CO、和/或颗粒物质的还原，并可以包括例如基本金属氧化物、熔融的盐和/或贵金属。
SCR装置36可接收来自颗粒过滤器34下游的减少了颗粒的废气并进一步将废气的成分还原为无害气体。在一个例子中，SCR装置36可包括位于还原剂喷射器36b下游的催化剂基底36a。气体或液体还原剂、最常用的尿素((NH2)2CO)、水/尿素混合物、诸如柴油燃料的碳氢化合物、或者氨气(NH3)可以通过还原剂喷射器36b喷洒或以其他方式推进到催化剂基底36a上游的废气中。在还原剂被吸收到催化剂基底36a的表面上时，还原剂可以与废气中的NOx(NO和NO2)反应以形成水(H2O)和元素氮(N2)。SCR装置36进行的还原过程可在供应至SCR装置36的NO与NO2的浓度为大约1∶1时最有效。氧化催化器32可有助于提供该希望的浓度。
在动力单元10的操作中，可能会有太多的尿素被喷射到废气中(即，尿素多于适当NOx还原所需的)。在这种情况下，如果不进行解决，一些量的氨可经催化剂基底36a进入大气，称为“氨逃逸”。为了使氨逃逸的程度最小，清除催化器38可位于SCR装置36的下游。清除催化器38可包括涂覆有将废气中的剩余氨氧化成水和元素氮的催化化学品的基底。在离开清除催化器38后，来自发动机12的废气可被排放到大气。
在一些情形中，在来自发动机12的废气流经后处理模块30时将其加热到希望温度可能是有帮助的。例如，SCR装置36可能只在暴露于特定废气温度时才操作或者才更加有效地操作。类似地，颗粒过滤器34可能要求升高的温度以启动再生(即，燃烧掉捕集的颗粒物质)。因此，废气系统16可包括位于后处理模块30上游的废气加热器48。替代地，如果希望，废气加热器48可形成后处理模块30的一部分。
废气加热器48可体现为被构造成加热经过后处理模块30的部件的来自发动机12的废气的燃烧燃料的燃烧器。废气加热器48可在颗粒过滤器34上游的位置处与排气管道26流体连通，并且借助燃料通道52连接到燃料供应装置50、借助空气通道54连接到入口管道20。废气加热器48可被构造成燃烧来自通道52的燃料和来自通道54的空气的混合物以产生被引导到来自发动机12的废气流中的火焰射流。火焰射流可加热废气并由此将后处理模块30的下游部件加热到一个或多个希望的温度阈值。
例如节流阀的阀56可设置在空气通道54中以帮助调节去往废气加热器48的燃烧空气流。在一个例子中，阀56可基于废气加热器48内的希望空气-燃料比而被电子控制。然而，应当理解，如果希望，阀56可以基于通道54内的燃烧空气的压力或者基于其他操作参数以其他方式控制，例如手动或机械控制。
在制造包括废气系统16的新动力单元10时，压缩机22和涡轮28可适当地设定尺寸以针对大部分或所有情形向发动机12和废气加热器48两者供应充足的燃烧空气流。然而，当现存的动力单元10(例如，具有旧发动机12的动力单元10)新配备废气加热器48时，现存的压缩机22和涡轮28可能提供对于一些情形来说太少的燃烧空气。因此，现存的动力单元10需要利用额外的部件来改型，以便于所有条件下的合适发动机操作和废气加热。这些额外部件尤其可以包括设置在压缩机22下游的入口管道20内的限制阀58、绕过压缩机22的通道60、和位于通道60内的旁通阀62。
限制阀58可在压缩机22和冷却器18之间设置在入口管道20内，并被构造成选择性地增加压缩机22的背压。具体地，限制阀58可体现为能够在打开位置和关闭位置之间运动的蝶阀，在打开位置，流经入口管道20的压缩空气基本不受限制，在关闭位置，经过入口管道20的压缩空气受到限制或者甚至被阻塞。限制阀58可运动到打开位置和关闭位置之间的任何位置，由此对入口管道20内的压缩空气流提供可变的限制。当经过入口管道20的压缩空气流被限制时，限制阀58和压缩机22之间的入口管道20内的空气压力会增加。入口管道20内增加的空气压力使借助空气通道54转向废气加热器48的来自压缩机22的燃烧空气量增加。在公开的实施方式中，限制阀58可基于废气加热器48内的希望空气-燃料比、通道60内的压力或流速或者其他类似参数被电子致动。
在一些情形中，例如在限制阀58处于限流位置的低发动机负载期间，到达发动机12的燃烧空气供应可能比希望的低。在这些情形中，发动机12可经相关活塞(未显示)的自然泵送作用借助通道60抽吸额外的空气。
旁通阀62可被构造成选择性地允许空气经通道60在发动机10的一个方向上流动，但禁止相反方向上的流动(即，禁止压缩机22压缩的空气被迫经过滤器24回到大气或者经压缩机22再循环)。在一种实施方式中，旁通阀62可体现为能够响应于限制阀58下游位置处的入口管道20和大气压力之间的压差运动的弹簧偏置止回阀。在另一种实施方式(图1所示)中，旁通阀62可机械地连接到限制阀58并被构造成在限制阀58关闭时打开，反之亦然。在又一种实施方式中，旁通阀62可借助电子部件独立控制。
控制器64可与阀和动力单元10的废气加热器48连通，以选择性地实施废气加热。控制器64可体现为能够响应于各种输入控制废气系统16的操作的单个或多个微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)等。多种可购买的微处理器可被构造成执行控制器64的功能。应当认识到，控制器64可容易地体现为与控制非废气相关功能的那些微处理器相独立的微处理器，且控制器64可借助数据链或其他方法与通用动力单元处理器连通。各种其他已知的回路可以与控制器64相关，包括供电回路、信号调理回路、致动器驱动回路(即、回路驱动电磁阀、马达或压电致动器)、通信回路和其他合适的回路。
根据一种实施方式，控制器64可被构造成通过打开阀56和致动废气加热器48来实施废气加热，使得具有希望比的燃料和空气混合物在废气加热器48内燃烧。在一些情形中，例如低发动机负载，控制器64还可被构造成朝着第二位置运动限制阀58，由此增加压缩机22的背压和经过通道54的燃烧空气流。控制器64可被构造成在阀56和58的运动以及废气加热器48的致动期间响应于传感器输入、监控的动力单元10的操作条件、经过的时间段和本领域已知的其他类似参数执行指令序列、实施内存算法和/或引用一个或多个内部关系映射。
工业实用性
本发明的废气系统能够应用于各种发动机，包括例如汽油、柴油、和气体燃料供能发动机。实际上，本发明的废气系统可实施到受益于包括加热的废气处理的任何新的或现存的发动机。在制造具有最新污染物控制装置的新发动机时，新发动机的其他部件被大体设计为适应该装置。例如，新发动机的涡轮增加器被设计成为发动机燃烧和为催化过滤器、捕集器和废气加热装置使用都提供充足的空气。然而，现存的发动机可能没有被设计为适应更新的污染物控制装置。也就是说，现存发动机的涡轮增压器可能只为发动机内的燃烧提供充足的空气，但缺少污染物控制装置所需的空气。因此，现存的发动机可能需要改型以接受更新的污染物控制装置。现在将描述一种利用本发明的废气系统来改型现存发动机的方法。
现存的发动机12可能已经配备有排气管道26和涡轮28，但缺少后处理模块30、废气加热器48和便于向废气加热器48供应空气和燃料的部件中的任何一个或全部部件。因此，改型方法可包括将后处理模块30的一个或多个废气处理装置(例如颗粒过滤器34)放置在发动机12的排气管道26中，然后在相应废气处理装置的上游位置处将废气加热器48布置成与排气管道26流体连通。接着，将燃料供应装置50经燃料通道52连接到废气加热器48。类似地，空气通道54的第一端可在压缩机22下游的位置处连接到入口管道20，空气通道54的第二端可连接到废气加热器48。然后，改型方法可包括在空气通道54的第一端下游的位置处将限制阀58放置在入口管道20中。该方法还包括在压缩机22上游的位置处将通道60的第一端连接到入口管道20，在空气通道54的第一端下游的位置处将通道60的第二端连接到入口管道20，然后将旁通阀62放置在通道60中。在图1所示的实施方式中，改型发动机12的方法还可包括将限制阀58机械连接到旁通阀62，接着将控制器64电连接到废气加热器48和阀56、58。
通过利用本发明的废气系统16来改型现存发动机12，这些老的发动机12变得符合新的排放法规，而不需要对核心部件进行大的改变。特别是，本发明的废气系统16不需要更换昂贵的压缩机、涡轮和其它类似部件。通过减少为满足新排放法规而必须更换的发动机12的核心部件的数量，可以降低操作和维护老设备的成本。
本领域技术人员将理解，可以对本发明的废气系统和改型方法进行多种修改和变型，而不脱离本发明的范围。通过考虑这里公开的系统和方法的说明书和实践，本领域技术人员可清楚其他实施方式。说明书和例子意在仅被认为是示例性的，本发明的真正范围由权利要求书及其等同范围指明。

Claims (10)

1.一种改型发动机的方法，包括：
将废气处理装置放置在所述发动机的排气管道中；
在所述废气处理装置上游的位置处将废气加热器布置成与所述发动机的排气管道流体连通；
将空气供应通道的第一端在压缩机下游的位置处连接到所述发动机的入口管道，将其第二端连接到所述废气加热器；和
在所述空气供应通道的第一端下游的位置处将限制阀放置在所述发动机的入口管道中。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将旁通通道的第一端在所述压缩机的上游位置处连接到所述发动机的入口管道，将其第二端在所述空气供应通道的第一端的下游位置连接到所述入口管道；以及
将旁通阀放置在所述旁通通道中。
3.一种用于发动机的废气系统，包括：
排气管道；
设置在所述排气管道中的废气处理装置；
被定位成在所述废气处理装置的上游位置处与所述排气管道连通的废气加热器；
从压缩机下游位置处的所述发动机的入口管道延伸到所述废气处理装置上游位置处的排气管道的空气供应通道；以及
在所述空气供应通道的入口的下游位置处设置在所述发动机的入口管道内的限制阀。
4.根据权利要求3所述的废气系统，还包括具有入口和出口的旁通通道，所述入口与所述压缩机上游位置处的入口管道流体连通，所述出口与所述压缩机下游位置处的入口管道流体连通。
5.根据权利要求4所述的废气系统，还包括设置在所述旁通通道中的旁通阀。
6.根据权利要求5所述的废气系统，其中：
所述限制阀被电子控制；且
所述旁通阀被机械控制。
7.根据权利要求6所述的废气系统，其中，所述旁通阀机械连接以与所述限制阀一起运动。
8.根据权利要求6所述的废气系统，其中，所述旁通阀是止回阀。
9.根据权利要求6所述的废气系统，还包括与所述废气加热器和所述限制阀连通的控制器，所述控制器能够致动所述废气加热器并关闭所述限制阀以启动废气加热。
10.一种动力单元，包括：
发动机；
入口管道；
设置在所述入口管道内以压缩被引导到所述发动机内的空气的压缩机；以及
如权利要求3-9中任一项所述的能够将废气从所述发动机引导到大气的废气系统。
CN2011102916004A 2010-09-27 2011-09-26 废气系统和改型方法 Pending CN102418580A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/891,063 2010-09-27
US12/891,063 US20120073270A1 (en) 2010-09-27 2010-09-27 Exhaust system and retrofitting method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102418580A true CN102418580A (zh) 2012-04-18

Family

ID=44650882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011102916004A Pending CN102418580A (zh) 2010-09-27 2011-09-26 废气系统和改型方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20120073270A1 (zh)
EP (1) EP2434114B1 (zh)
CN (1) CN102418580A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106285850A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 潍柴动力股份有限公司 一种发动机排气处理系统及方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102301101B (zh) * 2009-01-22 2014-07-16 曼卡车和巴士股份公司 用于使布置在内燃机的排气道中的颗粒过滤器再生的装置和方法
JP2013537598A (ja) * 2010-08-20 2013-10-03 マック トラックス インコーポレイテッド 内燃機関の排気の後処理用加熱装置
US8793982B2 (en) * 2010-09-30 2014-08-05 Electro-Motive Diesel Inc. Control system for a two-stroke locomotive diesel engine having an exhaust aftertreatment system
DE102010044102A1 (de) * 2010-11-18 2012-05-24 Ford Global Technologies, Llc Abgasanlage für Brennkraftmaschinen mit Partikelfilter
DE102011014129A1 (de) * 2011-03-15 2012-09-20 Mann + Hummel Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Startzeitpunkts eines Regenerationsprozesses zur Regenerierung eines Dieselpartikelfilters
JP5884920B2 (ja) * 2012-11-16 2016-03-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム
US10066612B2 (en) 2015-07-01 2018-09-04 Caterpillar Inc. Method of operating cryogenic pump and cryogenic pump system
EP3511541B1 (en) * 2018-01-15 2021-11-03 AM Group Redback AB Catalytic converter for classic cars
DE102020007000A1 (de) * 2020-11-16 2022-05-19 Daimler Ag Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06159081A (ja) * 1992-11-19 1994-06-07 Toyota Motor Corp 過給機付内燃機関の吸気制御装置
EP1300558A1 (en) * 2001-10-04 2003-04-09 Visteon Global Technologies, Inc. Internal combustion engine with catalytic converter
EP1522697A2 (en) * 2003-10-10 2005-04-13 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for rapid exhaust catalyst light off
DE102008032604A1 (de) * 2008-07-11 2010-01-14 Volkswagen Ag Einstellen eines Zustands eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19841330A1 (de) 1998-09-10 2000-03-23 Daimler Chrysler Ag Steuerung einer aufgeladenen Otto-Brennkraftmaschine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06159081A (ja) * 1992-11-19 1994-06-07 Toyota Motor Corp 過給機付内燃機関の吸気制御装置
EP1300558A1 (en) * 2001-10-04 2003-04-09 Visteon Global Technologies, Inc. Internal combustion engine with catalytic converter
EP1522697A2 (en) * 2003-10-10 2005-04-13 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for rapid exhaust catalyst light off
US20050076636A1 (en) * 2003-10-10 2005-04-14 Nashburn Richard F. Method and apparatus for rapid exhaust catalyst light-off
DE102008032604A1 (de) * 2008-07-11 2010-01-14 Volkswagen Ag Einstellen eines Zustands eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106285850A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 潍柴动力股份有限公司 一种发动机排气处理系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2434114A1 (en) 2012-03-28
US20120073270A1 (en) 2012-03-29
EP2434114B1 (en) 2014-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102418580A (zh) 废气系统和改型方法
CN101932803B (zh) 执行scr和egr的排气系统
CN102197203B (zh) 冷起动内燃机的方法和设备
CN101315039B (zh) 电加热柴油机微粒过滤器/选择性催化还原两通系统
US20140090374A1 (en) Exhaust aftertreatment system and method
US7334397B2 (en) Regulation method and a device for exhaust gas purification
US20090139214A1 (en) Exhaust Treatment System Having A Diverter Valve
US20080155972A1 (en) Exhaust treatment system
KR20010093134A (ko) 주변 촉매에 의해 가열되는 ｅｇｒ 시스템용 여과기
CN102144080A (zh) 用于内燃发动机的排气控制装置
WO2008103230A1 (en) Exhaust treatment system
CN101542100A (zh) 具有全范围能力的低压废气再循环系统
WO2012078402A2 (en) Exhaust system having doc regeneration strategy
CN102191974A (zh) 用于颗粒捕集器再生的排气压缩机旁路
JP4784761B2 (ja) 排気浄化装置
US7805931B2 (en) Self-sustaining oxy-exothermal filter regeneration system
WO2008042048A1 (en) Managing temperature in an exhaust treatment system
US20070178025A1 (en) Exhaust treatment system
EP2344748B1 (en) Internal combustion engine system and particulate filter unit for such an internal combustion engine system
US20170175655A1 (en) Method for operating an engine
US20130192203A1 (en) Exhaust system
CN113167182B (zh) 升高柴油发动机中的排气温度的方法和装置
CN104047681A (zh) 用于混合柴油机排气流体的后处理系统
US20120186231A1 (en) Exhaust gas after treatment system with temperature control
US20160186634A1 (en) Exhaust after-treatment system for an internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120418