CN104603414B - 用于火花点燃式气体燃料发动机的排气系统 - Google Patents

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Abstract

内燃发动机系统(200)包括由气体燃料提供动力的火花点燃式内燃发动机(210)。发动机系统还包括与内燃发动机连通以提供空气的进气口(232)。此外，发动机系统包括与内燃发动机连通以接收废气的排气系统(220)。排气系统包括甲烷氧化催化器(270)和废气再循环管路(224)，其中至少部分废气流过甲烷氧化催化器，废气再循环管路与进气口连通以提供废气。

Description

用于火花点燃式气体燃料发动机的排气系统
技术领域
本公开涉及火花点燃式气体燃料内燃发动机，并且更特别涉及使用这种内燃发动机的排气系统来控制废气排放物和功率密度。
背景技术
近年来，内燃发动机的排放物法规已经变得越来越严格。环境问题的担忧已经促使全世界许多国家对内燃发动机实施更严格的排放物要求。政府机构，诸如，美国的环境保护局(EPA)，认真监控发动机的排放物质量和设置所有发动机必须遵从的、可接受的排放物标准。通常，排放物要求根据发动机的种类而变化。对火花点燃式汽油(例如，非气体)发动机的排放物的测试通常监控一氧化碳、氮氧化物(NOx)和未燃的碳氢化合物(UHC)的释放。废气后处理系统中所实施的催化转化器(例如，氧化催化器)已经被用于消除存在于汽油提供动力的发动机所产生的废气中的许多所规定的污染物质。例如，一些熟知的三元催化器(three-way catalyst)包括针对专门氧化一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物、以及还原氮氧化物所认真选择的催化材料的配方以使废气中存在较少有害成分。传统的三元催化器被设计为更有效地氧化或还原运行在高于化学当量的空气燃料比(例如，富空气燃料比条件)的发动机的这类污染物质。
近来，至少部分由于高原油价格、环境方面的担忧和未来燃料供应，许多内燃发动机设计师已经寻求至少部分地替换原油化石燃料(例如，汽油和柴油)，用所谓的代用燃料给内燃发动机提供动力。所期望的是，通过用代用燃料替换化石燃料、或减少化石燃料的使用，来降低给内燃发动机加注燃料的成本、来减少对环境有害的污染物质、和/或增加未来燃料的供应。熟知的代用燃料包括气体燃料或气体碳氢化合物燃料，诸如，天然气、石油气体(丙烷)和氢气。由火花点燃式气体提供动力的发动机所产生的废气中存在的燃烧副产品类似于由火花点燃式非气体燃料提供动力的发动机所产生的废气中存在的燃烧副产品。因此，传统的气体所提供动力的发动机系统利用在非气体提供动力的发动机系统中所发现的相同的催化剂来氧化由气体提供动力的发动机所产生的所规定的污染物质。
然而，气体提供动力的发动机也产生相当大量的带有目前未规定的污染物质(诸如，甲烷)的废气。传统意义上，气体提供动力的发动机是在富空气燃料比处(例如，比化学当量更高)操作以便减少废气中的氧气浓度，并且因此减少一氧化碳和氮氧化物的形成。在这种富空气燃料比的条件下的操作，最终产生非常高水平的未燃碳氢化合物(例如，甲烷)。传统的气体提供动力的发动机系统不包括能够氧化甲烷的氧化催化剂。因此，气体提供动力的发动机系统允许大量甲烷逃逸到大气中。
此外，在化学当量或更高的空气燃料比的条件下操作气体提供动力的发动机系统导致发动机处于相对低的制动热效率。此外，在这样的空气燃料比下的操作引起高的燃烧温度，这导致发动机中的高部件温度，并且需要减少输出功率以避免部件失效。然而，鉴于着眼于满足废气排放法规的强制要求，传统的气体提供动力的发动机被设计为以牺牲热效率和功率密度来满足废气排放法规。
此外，如发明者所认识到的，一些使用废气再循环(EGR)策略的内燃发动机经常遭受空气和充气进气管路内的有害冷凝物的形成。例如，循环废气中的特定排放物(例如，CO、CO2、NOx和UHC)的存在可能引起发动机进气回路的冷凝物中的侵蚀性酸的形成，因此应该将进气系统中任何位置的温度控制到处于露点以下。CO和CO2可以导致在进气系统中形成碳酸，并且NOx可以导致冷凝物内的硝酸的形成。这两种酸中，硝酸是更有侵蚀性的，并且更可能不利地影响进气系统部件的使用寿命。
发明内容
已经对本申请的主题进行了开发以响应目前技术发展水平，并且尤其是，响应还未由当前可用的气体提供动力的内燃机发动机的排气系统完全解决的技术中的问题和需要。因此，本申请的主题已经开发以提供气体提供动力的排气系统，该系统具有后处理催化器(例如，可能能够氧化甲烷的三元催化器)和用于克服现有技术系统的至少一些缺点的废气再循环策略。
例如，根据一个实施方式，内燃发动机系统包括由气体燃料提供动力的火花点燃式内燃发动机。发动机系统还包括与内燃发动机连通以提供空气的进气口。发动机系统还包括与内燃发动机连通以接收废气的排气系统。排气系统包括后处理催化器(例如，甲烷氧化催化器)和废气再循环管路，其中至少一部分废气流经后处理催化器，而废气再循环管路与进气口连通以提供废气。气体燃料可以基本上完全是天然气。
在一些实现中，发动机系统包括具有涡轮机的涡轮增压器，该涡轮机与压缩机共旋耦合。涡轮机与内燃发动机连通以接收废气，并且与甲烷氧化催化器连通以提供废气。压缩机与进气口连通以接收空气，并且与发动机连通以提供充入空气。
根据发动机系统的特定实现，废气再循环管路位于后处理催化器的上游和涡轮机的下游。在这样的实现中，排气系统还包括位于废气再循环管路中的辅助后处理催化器(例如，能够还原氮氧化物的催化器)。废气再循环管路可以是第一废气再循环管路，并且排气系统还可以包括与第一废气再循环管路废气连通以提供废气的第二废气再循环管路。第二废气再循环管路可以位于涡轮机的上游。辅助催化器可以位于第二废气再循环管路内。排气系统还可以包括泵，其与第一和第二废气再循环管路连通以接收废气，并且与进气口连通以提供废气。在一些实现中，辅助后处理催化器可以位于泵的下游。
在发动机系统的又一些实现中，废气再循环管路位于后处理催化器的下游。废气再循环管路可以是第一废气再循环管路，并且排气系统还可包括与第一废气再循环管路连通以提供废气的第二废气再循环管路。第二废气再循环管路位于涡轮机的上游。辅助后处理催化器可以位于第二废气再循环管路内。在一些例子中，排气系统包括泵，其与第一和第二废气再循环管路连通以接收废气，并且与进气口连通以提供废气。在这样的例子中，辅助后处理催化器可以位于泵的下游。
根据发动机系统的一定的实现，排气系统还包括位于后处理催化器上游和废气再循环管路下游的废气节流阀。在又一个其它实现中，排气系统还包括位于后处理催化器下游的被动废气孔(passive exhaust orifice)，并且进气口包括进气节流阀。
在发动机系统的一些实现中，排气系统还包括至少一个辅助后处理催化器(例如，能够氧化一氧化碳的催化器和能够还原氮氧化物的催化器)，至少一部分废气流经辅助后处理催化器。
根据另一个实施方式，用于火花点燃式气体燃料内燃发动机的排气系统被公开。发动机包括带有涡轮机的涡轮增压器，和压缩机，其中，涡轮机与发动机连通以接收废气，而压缩机与发动机连通以提供充入空气。排气系统包括与涡轮机连通以接收废气的主废气管路。此外，排气系统包括位于主废气管路中的三元催化器。三元催化器被配置为氧化一氧化碳和甲烷，并且还原流过主废气管路的废气中存在的氮氧化物。排气系统也包括与主废气管路连通以接收废气并且与由压缩机所接收的气流连通以提供废气的废气再循环管路。
在又一个实施方式中，用于火花点燃式气体燃料内燃发动机的排气系统被公开，该发动机包括涡轮增压器和压缩机，其中，涡轮增压器具有涡轮机，其与发动机连通以接收废气，而压缩机与发动机连通以提供充入空气。该排气系统包括与涡轮机连通以接收废气的主废气管路。此外，排气系统包括位于主废气管路内的三元催化器，该三元催化器被配置为氧化一氧化碳和甲烷，并且还原流过主废气管路的废气中存在的氮氧化物。排气系统也包括与主废气管路连通以接收废气并且与由压缩机所接收的气流连通以提供废气的废气再循环管路。废气再循环管路位于三元催化器的下游。
贯穿本说明书对特征、优点的引用或相似的语言并不意味着可以由本公开的主题所实现的所有的特征和优点应该是或是在任意单个实施方式中。相反，涉及特征和优点的语言被理解为是指与实施方式有关的所描述的特定的特征、优点或特性被包括在本公开的至少一个实施方式中。因此，贯穿本说明书对特征、优点的讨论和相似语言可能，但不一定，是指相同实施方式。
本公开的主题所描述的特征、结构、优点、和/或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施方式和/或实现中合并。在下面的描述中，提供大量的特定细节以给予本公开的主题的实施方式的全面的理解。相关技术领域的技术人员将认识到本公开的主题可以在没有特定实施方式或特定实现的一个或多个具体的特征、细节、成分、材料、和/或方法下实践。在其它例子中，可能并不在所有的实施方式或实现中出现的额外的特征和优点可以在某些实施方式和/或实现中认识到。此外，在一些例子中，熟知的结构、材料或操作并不示出或详细描述以避免对本发明的主题的各个方面造成模糊。根据下面的描述和所附加的权利要求，本公开的主题的特征和优点将变得更充分明显、或可以通过下文所阐述的主题的实践被获知。
附图说明
为了使本主题的优点可以被更容易的理解，上面所描述的主题的更详细的描述将通过参考附图中所说明的具体实施方式表达。应该理解的是，这些图仅描述本主题的典型实施方式，并且因此不被认为是对其范围的限定，本主题将通过使用附图对附加的特征和细节进行描述和解释，其中：
图1是根据一个实施方式的具有排气系统的内燃发动机系统的示意图；
图2是根据一个实施方式的具有三元催化器和三元催化器上游的低压废气再循环(EGR)管路系统的排气系统的内燃发动机系统的示意图；
图3是根据一个实施方式的具有三元催化器和三元催化器下游的低压EGR管路的排气系统的内燃发动机系统的示意图；
图4是根据一个实施方式的具有三元催化器、三元催化器下游的低压EGR管路的排气系统的内燃发动机系统的示意图，并且所述发动机系统具有涡轮机上游的高压EGR管路；
图5是根据一个实施方式的具有三元催化器、三元催化器下游的低压EGR管路的排气系统的内燃发动机系统的示意图，并且所述发动机系统具有涡轮机上游的高压EGR管路；
图6是根据一个实施方式的具有三元催化器、三元催化器下游的低压EGR管路的排气系统、以及三元催化器和EGR管路下游的废气气压调节器的内燃发动机系统的示意图；
图7是根据一个实施方式的具有三元催化器、三元催化器上游的低压EGR管路的排气系统、以及三元催化器和EGR管路下游的废气气压调节器的内燃发动机系统的示意图。
具体实施方式
贯穿整个说明书的对“一个实施方式(one embodiment)”、“一实施方式(anembodiment)”的引用或相似的语言意味着与实施方式相关的所描述的具体的特征，结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，贯穿整个说明书的词组“在一个实施方式中”、“在一实施方式中”和相似的语言的出现可以，但不一定，全部涉及相同的实施方式。
如以上所讨论的，本公开涉及用于火花点燃式气体燃料的内燃发动机的排气系统。通常，排气系统被配置为氧化由发动机所产生的废气中的过量的甲烷，并且在燃烧之前，再循环一部分所产生的废气返回到充入的空气中。概括地说，气体提供动力的发动机中的甲烷氧化催化器和EGR的结合允许发动机系统利用再循环的废气来有效冷却燃烧温度，具体方式是通过将空燃比降低到化学当量的条件以下。因为燃烧温度降低，制动热效率增加，并且达到了发动机的负载携带能力和功率密度提高的结果。在一些实现中，发动机的负载携带能力提高多达50％，并且在一些情况中超过50％。此外，降低燃烧温度的这种方式也可以降低燃烧副产品中氮氧化物(NOx)的总量。
然而，尽管降低燃烧温度的已经具有超越现有技术系统的优点，但是可能导致一些不期望的结果。例如，使用EGR的注入来冷却燃烧的过程可能引起气缸内熄火，这导致废气中氧气(O2)的增加。通常，在废气中氧气的水平较高，会使得将废气中的NOx转化为更无害的排放物变得更难。因此，与非气体燃料发动机(例如，汽油提供动力的发动机和柴油提供动力的发动机)相比，本公开的系统包括氧化废气中相对大量的甲烷的甲烷氧化催。甲烷的氧化从废气中去除过量的氧气，这提高了排气系统转化废气中NOx的能力。
通常，在一定的实施方式中，本公开的排气系统包括EGR管路内的NOx还原催化器和其他减少NOx的部件。在EGR冷却器之前，从EGR废气中去除NOx的NOx还原催化器有机会液化NOx，这种方式降低在EGR管路和进气管路中形成硝酸的可能性。
根据图1中所示的内燃发动机系统100的一个特定实施方式，该系统包括耦合到排气系统120的内燃发动机110。发动机110是由天然气、石油气体(丙烷)和氢气等气体碳氢化合物作为燃料的火花点燃式发动机。如本文所定义的气体燃料，与非气体燃料(例如，汽油和柴油)相对，是以相对于流体或固体状态的气体状态引入发动机并在其中使用。在所示出的实现中，发动机110是由天然气作为燃料的火花点燃式发动机。火花点燃式气体燃料发动机的配置和校准与火花点燃式非气体燃料发动机不同。气体燃料发动机引入了不存在于非气体发动机的各种考虑。例如，非气体发动机不产生由气体发动机所产生的大量的特定燃烧副产品。在所示出的本公开特别相关的系统100的实施方式中，与气体燃料发动机相比，非气体燃料发动机产生的额定的甲烷的总量不超过气体燃料发动机，当气体燃料本身含有大量天然气和许多其他气体燃料通常具有的甲烷时，气体燃料发动机产生大量的甲烷。
内燃发动机系统100也包括进气系统，该进气系统包括空气/EGR混合器130、压缩机140和中冷器(charge air cooler)150。进气系统包括基本处于大气压力的进气道，因此能够使新鲜的空气进入空气系统。新鲜空气与再循环的废气在空气/EGR混合器130中混合。在所示出的实现中，燃料在进入涡轮增压器的压缩机140之前被添加到空气/EGR混合器中。在另一个实现中，燃料可以在空气/EGR混合器130之前添加到空气中。在又一个实现中，燃料可以添加到压缩机之后的空气/EGR混合器130中。例如，在一个实现中，通过公共的导轨和多个燃料喷射器，将燃料直接注入发动机的燃烧室中。通常，燃料从燃料槽中提供，并且在被注入到系统之前，凭借燃料泵通过燃料输送系统被抽出。无论使用或不使用所注入的燃料，空气/EGR混合物都由压缩机140压缩以增大混合物的压力和密度。涡轮机160驱动压缩机140共同旋转，而涡轮机160由技术中熟知的发动机110的废气气流驱动。所压缩的空气/EGR的混合物随后进入中冷器150中，这降低了进入补充空气的温度以用于维持使密集的充气进入到发动机的使用。随后冷却的空气/EGR混合物直接进入发动机的燃烧室。不管将燃料直接注入到燃烧室还是注入到发动机上游的空气/EGR混合物中，结合的燃料和空气/EGR混合物通过产生的火花点燃式点火系统被点燃，并且燃料被燃烧以在室内产生用于提供发动机动力的压力差。
燃料的燃烧产生废气，在驱动涡轮增压器的涡轮机160之后，该废气被可操作地排放到排气系统120。通常，排气系统120处理、调节和引导从发动机接收的废气。排气系统120可以包括一个或多个废气处理部件或成分，例如，三元催化器或三元催化剂、氧化催化器或氧化催化剂、过滤器或过滤剂、吸附器或吸附剂、以及诸如此类的用于处理废气(例如，从废气中去除污染物质)的部件或成分等。优选地，排气系统120包括甲烷氧化催化器。如本文所定义的甲烷氧化催化器是能够氧化所接收的废气中的甲烷的任何废气后处理催化器。如在下面将更详细描述的，甲烷氧化催化器可以是独立流转催化器或形成三元流转催化器的一部分。此外，排气系统120可以包括废气流量调节装置以调节废气流入、流经和流出系统120的流速和压力(例如，回压(backpressure))。同样，排气系统120可以包括引导废气到达一个或多个目的地的致动器和阀。例如，排气系统120可以包括EGR阀门，该EGR阀门被致动以引导(排出)所接收的一部分废气进入到大气中作为排出废气，并且引导所接收的一部分废气进入一个或多个EGR管路用于返回燃烧室的再循环。
如图2所示，内燃发动机系统200的一个实施方式包括类似于图1中的发动机系统100的特征和部件的特征和部件，用相似的数字和名称指代相似的元件。例如，发动机系统200包括发动机210，在一些实现中，发动机210与发动机系统100的发动机110共有相同的特征(例如，发动机210是火花点燃式气体燃料发动机)。发动机系统200的排气系统220包括与发动机210连通以接收废气的主废气管路222和与主废气管路连通以接收废气的低压(LP)EGR管路224。
三元催化器270位于主废气管路222内。三元催化器270是具有暴露于流经主废气管路222的催化剂床并穿过该床的流转型催化器。催化剂床包括布置在载体涂料(washcoat)或载体层上的催化层。载体可以包括能够悬挂其中的催化层的任何不同材料(例如，氧化物)。催化层是由与废气中的一个或多个污染物质反应(例如，氧化反应)的一个或多个所选择的催化材料构成。三元催化器270的催化材料可以包括任何不同材料，诸如，贵金属铂、钯和铑，还有其他金属，诸如，过度金属铈、铁、锰和镍。此外，催化材料可以具有用于氧化和还原所期望的污染物质的种类和相对数量的相对于彼此的任何不同比率。
通常，三元催化器270被如此命名是因为它含有所专门选择的与三种特定的污染物质反应并氧化或还原三种特定污染物质的催化材料。三种特定的污染物质包括：一氧化碳(CO)、未燃烧的碳氢化合物(UHC)和氮氧化物(NOx)。不同于传统的三元催化器，三元催化器270包括专门配置为氧化UHC甲烷的催化材料。如上面所讨论的，明显的大量的甲烷是诸如天然气的气体燃料燃烧的UHC的副产品。在一些实现中，任何不同的催化材料配方可以被用来氧化如此大量的甲烷。在一个特别的实现中，甲烷是在诸如钯、铂和铑的贵金属含量高的至少一种催化材料的存在下被氧化的。尽管三元催化器270在图2中作为单个单元被描绘，但在一些实施方式中，三元催化器可以由两个或多于两个单独的、完全不同的单元形成。例如，在一个实施方式中，三元催化器270被封装在单个壳体内，而在另一个实施方式中，三元催化器270包括三个单独的催化器(例如，CO氧化催化器、甲烷氧化催化器和NOx还原催化器)，每一个催化器都封装在单独的壳体中。尽管没有示出，主废气管路222可包括其他废气处理装置(诸如，过滤器)，该过滤器在废气进入大气之前进一步处理废气。
此外，在一些实现中，三元催化器270被封装在相同的壳体中，该催化器包括三个催化剂床，它们彼此相邻放置以形成三个独立的催化级。根据一个实现，甲烷氧化级在NOx还原级的上游，这样使得废气中的过量的氧气在经NOx还原级还原NOx之前，首先经过甲烷的氧化被减少。在这种方式中，通过发动机产生的废气中的过量的氧气，由于低化学当量条件下的操作并没有负面影响NOx还原催化剂还原NOx的能力。
主废气管路222还包括一个或多个废气流量调节装置，其通常被配置为调节主废气管路中的废气的流速和回压。在图2中所示出的系统200的实施方式中，废气流量调节装置是废气节流阀262，该废气节流阀262可致动以调节废气节流阀上游的主废气管路222内的回压。废气节流阀262可以是简单的阀，诸如蝶形阀或提供压力调节功能的任何不同种类的装置。废气节流阀262的控制和由此造成的主废气管路222中的废气的回压由电子控制模块280提供。通常，电子控制模块280接收多个输入、处理输入、并且传输多个输出。多个输入可以包括来自传感器和各种用户输入的所感知的测量结果。由电子控制模块280使用各种算法、所存储的数据和其它输出处理输入以更新所存储的数据和/或产生输出值。所产生的输出值和/或命令被传输到控制器的其它部件和/或发动机系统200的一个或多个元件以控制系统来达到期望的结果，并且更特别的是，以达到期望的废气排放和发动机携带负载的能力。
电子控制模块280还控制EGR阀门268的致动，该EGR阀门268用于调节通过LP EGR管路224再循环到发动机的废气的数量和流速。LP EGR管路224包括与主废气管路222中的废气连通以接收废气的进气道，主废气管路222位于三元催化器270和废气节流阀262的上游。此外，LP EGR管路224的进气道位于涡轮机260的下游。因为离开涡轮机260的废气压力低于进入涡轮机的废气压力(压力差可归因于驱动涡轮机损失的压力能)，流体耦合到涡轮机下游的主废气管路222的EGR管路224，并被认为是低压EGR管路。
然而，为了使LP EGR管路224中的再循环废气将被吸入进气管路232，LP EGR管路中的废气的压力、以及由此造成的涡轮机260下游的主废气管路222中的废气的压力，必须高于在进气管路中的空气的压力。这个必需的压力差是由废气流量调节装置(例如，废气阀262)的操作造成的。通过关闭废气流量调节装置以允许较少的废气通过，该装置引起主废气管路222中的回压，该回压有效地增大了主废气管路中的废气的压力，因此造必需的压力差。基于由废气节流阀262所控制的废气的压力，EGR阀门268的致动由电子控制模块280控制以提供进入进气管路232的再循环废气的期望的流速和浓度。在进入进气管路和经空气/EGR混合器230与空气混合之前，LP EGR管路224中的再循环废气经过冷却废气的EGR冷却器266。此外，尽管EGR阀门268在EGR冷却器266的下游被展示出，在一些实施方式中，EGR阀门268可以位于EGR冷却器的上游。
如上面所讨论的，带有EGR的NOx产生的发动机系统有在EGR管路和进气管路内形成硝酸冷凝物的倾向，这是由于再循环气体中存在NOx。因此，LP EGR管路224包括在EGR冷却器266上游的NOx催化器264，其被配置为将NOx还原为不易于引起生成硝酸的成分(例如，氮气和水)。NOx催化器264具有暴露于再循环废气的床，所述在循环废气流经LP EGR管路并穿过该床。类似于三元催化器270，NOx催化器264的床包括布置在载体涂料层上的催化层。催化层包括催化材料，该催化材料配置为将再循环废气中的NOx还原为危害较小的成分。在一个实施方式中，NOx催化器264是NOx的吸附催化器。在另一个实施方式中，NOx催化器264是选择性催化还原(SCR)催化器，其构成SCR系统的一部分。
在图2中的排气系统220所示的实施方式中，NOx催化器264位于EGR冷却器266的上游。然而，尽管不是所期望的，在其它实施方式中，如果需要，NOx催化器264可以位于EGR冷却器266的下游。因为流过LP EGR管路224的再循环废气的量通常少于流过主废气管路222的废气的量，所以体积(例如，催化材料的大小和数量)可以小于三元催化器270的NOx还原部分或主废气管路中的单独的NOx催化器。在这种方式中，进气管路232中的硝酸的积累可以以很少的代价(或在一些情况下节约成本)减少并且没有大量占用开放空间。此外，因为NOx催化器264的体积较少，所以NOx催化器在LP EGR管路224内引入了较小的回压(例如，较少的流量限制)。
参考图3，内燃发动机系统300的另一个实施方式被示出。发动机系统300包括的特征和部件类似于图1中的发动机系统100的特征和部件、并且类似于图2中的排气系统220的特征和部件，用相似的数字和名称指代相似的元件。例如，像图2中的排气系统220一样，发动机系统300的排气系统320包括如上面所定义的带有三元催化器370的主废气管路322和与主废气管路连通以接收废气的LP EGR管路324。然而，LP EGR管路324的进气道位于三元催化器370的上游，这与排气系统220中位于三元催化器的上游相反。此外，因为LP EGR管路324的进气道在三元催化器370的下游，该三元催化器370包括NOx还原部分或独立的NOx催化器，所以LP EGR管路324不包括用于还原NOx的单独的NOx催化器。即，在一部分废气通过LP EGR管路324被再循环前，主废气管路322中的三元催化器370还原NOx。在这种方式中，在进气管路232中积累的硝酸可以在LP EGR管路324中没有额外NOx催化剂的需要下被减少。尽管如此，在一定的实现中，如果期望的话，LP EGR管路324可以包括NOx催化器，诸如，当排气系统320包括高压(HP)EGR管路时。
相比排气系统220，排气系统320包括带有在涡轮机360上游的进气道的HP EGR管路326。因为离开发动机310且进入涡轮机360之前的废气压力，大于离开涡轮机的废气的压力，所以耦合到涡轮机上游的主废气管路322的EGR管路326被认为是高压EGR管路。HP EGR管路326不仅提供用于再循环气体返回发动机310的方法，而且其作用于驱动废气通过LPEGR管路324再循环。如上面所描述的，因为涡轮机360下游的主废气管路322中的废气压力，需要流量调节装置来造成必需的压力差以引起废气从主废气管路322到进气管路332的再循环。
如图3中所示，LP EGR管路324包括泵(例如，喷射泵372)，该泵由HP EGR管路326中的高压废气提供动力以从主废气管路322中抽出废气，所抽出的废气经过LP EGR管路324，并且进入进气管路332中。通常来讲，HP EGR管道326中的高压废气(例如，运动的流体)通过喷射泵372驱动所驱动的LR EGR管路324中的低压废气(例如，吸入流体)。喷射泵372可以是任何不同种类的泵。在一个实现中，喷射泵372包括文氏类型喷管。当运动的高压废气经过喷管的会聚进气道、并且进入分离出气道时，HP EGR管路326中的废气的高压能被转化为引起压力差的速度能。当低压废气与高压废气混合时，压力差基本上吸入或吸取低压废气通过喷管。所混合的废气然后流入进气管路332的空气/EGR混合器330中，其具有的速度由电子控制模块380和相关的EGR阀门368决定。尽管排气系统320的流量调节装置作为泵或喷射泵被示出和描述，但在其他实施方式中，流量调节装置可以是能够利用高压废气将低压废气吸入到进气管路332的任何其他类型的装置。
根据图4中所示的又一个实施方式，内燃发动机系统400包括类似于图3中的发动机系统300的特征和部件的特征和部件，用相似的数字和名称指代相同的元件。例如，像图3中的排气系统320一样，发动机系统400的排气系统420包括带有三元催化器470的主要的废气管路422、与在三元催化器下游的主废气管路连通以接收在废气的LP EGR管路424、以及涡轮机460上游的HP EGR管路426。
然而，不同于图3中的排气系统320，排气系统420包括分别位于LP EGR管路424和HP EGR管路426两者或两者之一中的单独的NOx催化器464，用于在废气与进气管路432混合之前，还原来自通过HP EGR管路再循环的未处理的废气中的NOx。通过使用虚线指示可代替的或可选的NOx催化器的位置，来标识NOx催化器464。例如，在一个实现中，排气系统420包括位于HP EGR管路426内的NOx催化器464，而在喷射泵472下游没有NOx催化器464。根据另一种实现，排气系统420包括位于喷射泵472下游的LP EGR管路424内的NOx催化器464，而在HP EGR管路426内没有NOx催化器464。在喷射泵472下游包括NOx催化器464可以允许三元催化器的NOx还原部分形成较小的体积(例如，更低的花费和空间占用)，因为部分NOx被NOx催化器464还原。在又一个实现中，排气系统420可以同时包括喷射泵472下游的LP EGR管路中的NOx催化器464和在HP EGR管路426中的NOx催化器464。
参考图5，内燃发动机系统500的另一个实施方式被示出。发动机系统500包括分别类似于图2、3、4中的发动机系统200、300、400的特征和部件的组合的特征和部件，用相似的数字和名称指代相似的元件。例如，像图2中的排气系统220一样，发动机系统500的排气系统520包括带有三元催化器570的主废气管路522和三元催化器上游的LP EGR管路524。此外，像图3中的排气系统320一样，排气系统520包括涡轮机560上游的HP EGR管路526和驱动低压废气通过LP EGR管路524的喷射泵572。此外，像图4中的排气系统420一样，排气系统520包括分别位于LP EGR管路524和HP ERG管路526两者或两者之一中的单独的NOx催化器564，用于在废气与进气管路532混合之前，还原来自通过HP EGR管路再循环的未处理的废气中的NOx。
根据图6中所示的另一个实施方式，内燃发动机系统600包括类似于图2中的发动机系统200的特征和部件的特征和部件，用相似的数字和名称指代相似的元件。例如，像排气系统220一样，发动机系统600的排气系统620包括带有三元催化器670的主废气管路622、以及与三元催化器下游的主废气管路连通以接收废气的LP EGR管路624。
然而，代替作为废气流量调节器和回压感应器的废气节流阀，排气系统620包括废气孔690和进气节流阀692。废气孔690包括被动的、不可调整的节流通道，该通道具有的横截面积小于主废气管路622的横截面积。废气孔690的节流通道部分地堵塞通过主废气管路622的废气流，引起主废气管路中的回压。所引起的回压增大了主废气管路622中的废气的压力，造成了主废气管路和进气管路632之间的必需气压差以再循环废气通过LP EGR管路624。因为废气孔690提供固定的节流，由孔引起的压力增大依赖于废气经过主废气管路的流速。为了补偿主废气管路622内的不同废气流速的回压的变化，排气系统620包括正好在废气孔690上游的压力传感器。压力传感器通过物理的或虚拟的传感器检测废气的压力。基于所检测的废气的压力，进气节流阀692被致动以调整通过进气管路632的空气的流速，以达到用于完成EGR策略的期望的回压(例如，总的废气压力)。在一些实现中，压力传感器和进气节流阀可以被电耦合到电子控制模块680，该电子控制模块680基于从传感器所接收的压力读数控制进气节流阀的位置。
根据在图7中所示出的另一个实施方式，内燃发动机系统700包括类似于图6中的发动机系统600的特征和部件的特征和部件，用相似的数字和名称指代相似的元件。例如，像排气系统620一样，发动机系统700的排气系统720包括带有三元催化器770的主废气管路722、以及与主废气管路连通以接收废气的LP EGR管路724、废气孔790和独立操作的进气节流阀792。然而，代替位于三元催化器770的下游的LP EGR管路724，将LP EGR管路724设置在带有单独的NOx催化器764的三元催化器的上游，该单独的NOx催化器位于LP EGR管路内部，且类似于图2中的NOx催化器264。
本公开的主题可以以其它具体形式体现，在不违背它的精神或本质特征。所描述的实施方式的所有方面被仅仅认为是说明性的而不是限定性的。因此，本发明的范围由所附属的权利要求而非前面的描述表明。所有在权利要求的等效范围和含义之内的改变都是可接受的。

Claims (10)

1.一种内燃发动机系统，包括：
火花点燃式内燃发动机，所述火花点燃式内燃发动机由气体燃料提供动力；
进气口，所述进气口与所述内燃发动机连通以提供空气；
排气系统，所述排气系统与所述内燃发动机连通以接收废气，所述排气系统包括：
甲烷氧化催化器，至少一部分废气流过所述甲烷氧化催化器，
第一废气再循环管路，所述第一废气再循环管路与所述进气口连通以提供废气，
第二废气再循环管路，所述第二废气再循环管路与所述第一废气再循环管路连通以提供废气，和
氮氧化物还原催化器，所述氮氧化物还原催化器位于所述第二废气再循环管路下游的所述第一废气再循环管路内；以及
涡轮增压器，所述涡轮增压器具有与压缩机共旋耦合的涡轮机，所述涡轮机与所述内燃发动机连通以接收废气并且与所述甲烷氧化催化器连通以提供废气，并且所述压缩机与所述进气口连通以接收空气并且与所述内燃发动机连通以提供充入空气，其中所述第二废气再循环管路位于所述涡轮机的上游。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一废气再循环管路位于所述甲烷氧化催化器的上游和所述涡轮机的下游。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述排气系统还包括泵，所述泵与所述第一废气再循环管路和所述第二废气再循环管路连通以接收废气，并且与所述进气口连通以提供废气。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述氮氧化物还原催化器是第一氮氧化物还原催化器，并且其中，所述排气系统还包括位于所述泵下游的第二氮氧化物还原催化器。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述氮氧化物还原催化器是第一氮氧化物还原催化器，并且其中，所述排气系统还包括位于所述第一废气再循环管路内的第二氮氧化物还原催化器。
6.一种内燃发动机系统，包括：
火花点燃式内燃发动机，所述内燃发动机由气体燃料提供动力；
进气口，所述进气口与所述内燃发动机连通以提供空气；
排气系统，所述排气系统与所述内燃发动机连通以接收废气，所述排气系统包括：
甲烷氧化催化器，至少一部分废气流过所述甲烷氧化催化器，
第一废气再循环管路，所述第一废气再循环管路与所述进气口连通以提供废气，
第二废气再循环管路，所述第二废气再循环管路与所述第一废气再循环管路连通以提供废气，和
氮氧化物还原催化器，所述氮氧化物还原催化器位于所述第二废气再循环管路内；以及
涡轮增压器，所述涡轮增压器具有与压缩机共旋耦合的涡轮机，所述涡轮机与所述内燃发动机连通以接收废气并且与所述甲烷氧化催化器连通以提供废气，并且所述压缩机与所述进气口连通以接收空气并且与所述内燃发动机连通以提供充入空气，其中所述第二废气再循环管路位于所述涡轮机的上游。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一废气再循环管路位于所述甲烷氧化催化器的下游。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述氮氧化物还原催化器是第一氮氧化物还原催化器，并且其中，所述排气系统还包括位于所述第一废气再循环管路内的第二氮氧化物还原催化器。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述排气系统还包括泵，所述泵与所述第一废气再循环管路和所述第二废气再循环管路连通以接收废气，且与所述进气口连通以提供废气。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述氮氧化物还原催化器是第一氮氧化物还原催化器，并且其中，所述排气系统还包括位于所述泵下游的第二氮氧化物还原催化器。
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