CN114026315A - 内燃机废气后处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废气后处理系统，其具有位于废气管路(2.3)中的涡轮机(3)和位于涡轮机(3)下游的主催化转化器(5)。废气管路(2.3)包括旁通管路(1.1)和旁通接头(1.3)，其中旁通管路(1.1)在涡轮机(3)的下游打开。本发明还包括主颗粒过滤器(6)和位于旁通管路(1.1)中的催化转化器(1.2)。其中：a1)旁通阀(1.4)为三通阀，并形成旁通连接头(1.3)；或者a2)旁通阀(1.4)为三通阀，且设置在开口(1.8)处；或者b1)旁通阀(1.4)位于旁通管路(1.1)中，其中排气阀(1.9)设置在排气管路(2.3)中的开口(1.8)的上游；或者b2)废气管路(2.3)在旁路接头(1.3)下游和开口(1.8)上游形成为不具有废气阀；催化转化器(5、1.2)具有三元涂层或相应的主催化转化器(5、1.2)具有DOC涂层。

Description

内燃机废气后处理系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的废气控制系统，具有可连接到内燃机排气歧管的废气管路、位于所述废气管路中的涡轮机、以及位于所述涡轮机下游的至少一个主催化转化器；其中所述废气管路包括旁通管路和用于旁通管路的旁通接头；其中所述旁通接头设置在所述废气管路中所述涡轮机的上游；其中所述旁通管路在所述主催化转化器上游的开口处通向所述涡轮机下游的废气管路；其中所述旁通阀设置在所述旁通管路中，所述开口位于所述旁通管路和所述废气管路的连接处。
本发明还涉及一种用于内燃机的废气控制系统，其具有可连接到内燃机的排气歧管的废气管路、位于所述废气管路中的涡轮机和位于所述涡轮机下游的主催化转化器；其中所述废气管路具有旁通管路和旁通阀；其中所述旁通阀位于所述涡轮机上游的废气管路上；其中，所述旁通管路在所述涡轮机下游的开口处通向所述废气管路。
背景技术
由WO 2016/189028 A1已知具有组合废气再循环和旁通管路的废气控制系统。
从DE 20 2017 105 126U1还已知一种废气控制系统，其具有使用三通阀的组合的废气再循环和旁通管路。
发明内容
本发明的目的在于形成和布置一种废气后处理系统，以改善废气控制系统的预热行为。
根据本发明，该目的通过在所述涡轮机下游的废气管路中提供主颗粒过滤器并且在所述旁通管路中提供催化转化器来实现，其中，所述旁通阀为三通阀并形成为所述涡轮机上游的旁通接头；或者所述旁通阀为三通阀并设置在所述开口处。
在这两种情况下，所述旁通阀还用作所述废气管路中的废气阀。
可选地，所述旁通阀位于所述旁通管路中，其中废气阀设置在所述废气管路中的所述开口的上游；其中所述涡轮机具有固定叶片，或者所述涡轮机为VTG涡轮机或VNT涡轮机。
在另一个替代方案中，所述废气管路在所述旁通接头的下游和所述开口的上游不具有废气阀，其中用于调节通过所述涡轮机的废气质量流量的阀功能与所述VTG涡轮机或VNT涡轮机相关联。
该解决方案的另一个特征是所述内燃机为火花点火发动机，其中相应的催化转化器，即所述主催化转化器和所述旁通管路中的所述催化转化器，具有三元涂层；或者所述内燃机为柴油发动机，其中相应的主催化转化器，即所述旁通管路的所述主催化转化器和所述催化转化器，具有DOC涂层。
该解决方案的最后一个特征是，除了所述旁通阀之外，所述旁通管路的其它部分没有旁通阀。因此，这确保了低水平的结构和组装复杂性。
所述废气阀位于所述旁通接头的下游，并且可以位于所述涡轮的上游或下游。
通过使用三通旁通阀或旁通阀与所述废气阀相结合，可以在冷启动期间关闭带有所述涡轮机的废气管路或阻止废气流过所述涡轮机。因此，所述旁通管路中的催化转化器可以非常快速地预热，缩短达到催化转化器“起燃温度”所需的时间。在所述旁通管路中的催化转化器预热期间或之后，所述主催化转化器被预热，这样，一旦产生了足够的预热，带有所述涡轮机的废气管路可以随后被接通。虽然仍然冷的所述涡轮机最初确实会在一定程度上冷却废气，但所述主催化转化器的预热能够确保充分净化废气。
在替代实施例中，所述涡轮机是“VTG”或“VNT”涡轮机。这种涡轮机具有可调叶片，通过它可以调节叶片的迎角，调节涡轮机的有效废气截面，即增大或减小尺寸。根据所使用的涡轮机，有效废气横截面的尺寸可减少多达70％至99％。在冷启动期间，带有涡轮机的废气管路可以关闭至废气流量的30％至1％，或者因此可以基本上阻止废气流量。因此，所述旁通管路中的催化转化器以及下游的主催化转化器可以相应地快速预热。
所述旁通管路中的催化转化器和主催化转化器的尺寸比可以在1/10和1/2之间变化。
如果所述主颗粒过滤器位于所述主催化转化器的上游，则所述主催化转化器不会有废气颗粒并防止堵塞。所述旁通管路中的催化转化器可以做得非常小，因此可以在冷启动后非常迅速地预热。
为此，如果所述废气阀或废气阀体能够被最多两个限定位置所限制，所述限定位置由端部基台确定，则也是有利的。所述涡轮机上游或所述催化剂上游的旁通管路中的废气温度非常高。那里使用的阀门必须设计坚固，同时具有简单的结构和简单的驱动。
此外，也可以有利的是，在所述旁通管路中附加地设置颗粒过滤器；或者根据具体应用，在没有颗粒过滤器的情况下形成所述旁通管路。这与相对较低的设计和结构复杂性密切相关。
根据本发明，该目的通过以下方式实现，即在所述废气管路中的所述涡轮机下游设置主颗粒过滤器，并且在所述旁通管路中设置颗粒过滤器和催化转化器；其中，所述旁通管路的开口设置在所述主催化转化器的下游和所述主颗粒过滤器的下游。因此废气可以通过所述旁通管路和所述废气管路被完全净化。所述旁通管路中的净化组件较小，因此升温更快。
该解决方案的另一个特征是，所述内燃机为火花点火发动机，其中相应的催化转化器，即旁通管路的主催化转化器和催化转化器，具有三元涂层；或者所述内燃机为柴油发动机，其中相应的主催化器，即旁通管路的主催化器和催化器，具有DOC涂层。
所述旁通管路中的净化组件和所述废气管路中的净化组件的尺寸比可以在1/10和1/2之间变化。
在这两种解决方案中，所述旁通管路中催化转化器的催化剂涂层和所述主催化转化器的催化剂涂层可以不同地形成。所述旁通管路中催化转化器的催化涂层优选具有较低的起燃温度。
也可以有利的是，所述旁通管路具有联接管路，该联接管路在所述旁通管路中从所述颗粒过滤器的上游和所述催化转化器的上游分支，并且该联接管路在所述主颗粒过滤器的上游和所述主催化转化器的上游通向所述废气管路。否则关闭的所述净化模块、所述主颗粒过滤器和所述废气管路中的主催化转化器，可以通过所述联接管路用废气填充或预热。
对于本发明来说特别重要的是，在所述废气管路中设置位于所述主颗粒过滤器的下游、所述主催化转化器的下游和所述开口的上游的废气控制阀，其能够被两个以上的限定位置所限制。通过这些限定位置，废气管路内的废气体积流量在两个以上的设置中是可控的。因此，当所述涡轮机关闭时，通过所述主颗粒过滤器和所述主催化器引导的废气流，可以通过所述旁通阀连续调节或升高。
结合根据本发明的构造和布置，有利的是，所述废气管路不具有废气再循环管路，或者所述废气管路在所述涡轮机的上游具有废气再循环管路，其中所述EGR接头位于所述旁通接头的上游或下游。因此，所述旁通管路没有用于再循环废气的分支点。所述旁通系统和所述EGR系统在废气侧是分开的。这与更灵活的废气流量控制密切相关。
此外，如果所述旁通阀或相应的阀体能够被最多两个限定位置所限制，所述限定位置由端部基台确定，则为此可能是进一步有利的。所述涡轮机的上游或所述催化剂的上游的废气温度非常高。那里使用的阀门必须设计坚固，同时具有简单的结构和简单的驱动。
此外有利的是，所述催化转化器和所述旁通管路中的颗粒过滤器为具有催化作用的三元涂层或DOC涂层的颗粒过滤器。这与用于过滤和化学净化的单独基材的必要性密切相关，即通过所述三元涂层转化CO、HC和NOx或通过DOC涂层氧化碳氢化合物或柴油。
为此，用于操作如前所述的废气控制系统的方法可能是有利的。其中，废气管路在冷启动期间通过废气阀关闭，并且整个废气流通过旁通管路被引导至开口，并且在旁通阀打开时引导至废气系统的其它部分。这在冷启动后与旁通管路中催化转化器的快速预热密切相关。
此外，如前所述的用于操作废气控制系统的方法可能是有利的。其中废气体积流A通过旁通阀被引导到旁通管路中；其中废气体积流A的至少一部分通过相应打开废气控制阀而经由联接管路被引导到废气管路中。在通过旁通管路引导废气时，可以逐渐接通废气管路，从而可以连续预热主催化器。
附图说明
本发明的进一步优点和细节在权利要求和说明书中陈述，并在附图中示出。
具体实施方式
图1示出了一种用于火花点火发动机2的废气后处理系统1，其具有废气管路2.3和新鲜空气管路2.4。而新鲜空气管路2.4通过进气歧管2.2连接到火花点火发动机2。废气管路2.3通过排气歧管2.1连接到火花点火发动机2。废气管路2.3还具有涡轮机3、主废气颗粒过滤器6和主废气催化剂5。
此外，废气管路2.3具有旁通管路1.1，该旁通管路1.1在涡轮机3上游的旁通接头1.3处分支，并且在涡轮机3下游和颗粒过滤器6上游的开口1.8处打开。
为了一方面控制废气管路2.3内的废气流，另一方面控制旁通管路1.1内的废气流，旁通管路1.1具有旁通阀1.4，并且废气管路2.3具有废气阀1.9。
作为旁通阀1.4和废气阀1.9(以虚线示出)的替代方式，旁通阀为三通阀1.4并且设置在开口1.8处。
三元催化转化器1.2设置在旁通管路1.1内。
在根据图2的替代示例性实施例中，除了三元催化转化器1.2之外，在旁通管路1.1中还设置了颗粒过滤器1.7。
此外，根据图2的示例性实施例的废气后处理系统1具有废气再循环管路1.5，其在废气管路2.3上的EGR接头1.6处分支。EGR接头1.6位于旁通接头1.3的上游。替代地，旁通接头1.3也可以定位在EGR接头1.6的上游。在任何一种情况下，两个接头都是分开的并且位于涡轮机3的上游。
根据图3的示例性实施例，作为旁通阀1.4和废气阀1.9的替代，提供公共三通阀1.4，其形成涡轮3上游的旁通接头1.3。废气质量流可以通过该三通阀1.4在一方面的废气管路2.3和在另一方面的旁通管路1.1之间切换。根据图3的示例性实施例，颗粒过滤器1.7设有用于处理氮氧化物的三元涂层。
可选地，在未示出的实施例中，三通阀1.4位于旁通管路1.1的开口1.8处，即涡轮机3的下游。
根据示例性实施例图4，旁通管路1.1在主要净化部件的下游，即主颗粒过滤器6的下游和主三元催化转化器5的下游在开口1.8处打开。与废气管路2.3一样，旁通管路1.1具有三元催化器1.2和颗粒过滤器1.7。旁通连接通过三通阀1.4实现，该阀在旁通管路1.1和废气管路2.3之间切换。当旁通管路1.1关闭时，所有废气流经涡轮机3和下游净化组件5、6。当废气管路2.3关闭时，所有废气通过旁通管路1.1流经两个净化组件1.2、1.7。在冷启动期间，后者确保三元催化转化器1.2的快速预热。
图5的示例性实施例另外提供废气再循环管路1.5，其在EGR接头1.6处从废气管路2.3分支。
图6的示例性实施例提供了联接管路7，其在三元催化转化器上游的旁通管路1.1处分支，并且通向颗粒过滤器6上游的废气管路2.3。另外，还有废气控制阀8设置在主三元催化转化器5下游和开口1.8上游的废气管路2.3中。
图7的示例性实施例另外提供废气再循环管路1.5，其在废气管路2.3上的EGR接头1.6处分支并通向新鲜空气管路2.4。
根据图6以及图7的示例性实施例，以下替换变化是可行的。如果旁通管路1.1通过旁通阀1.4关闭，当废气控制阀8从涡轮机3关闭时，废气体积流可以通过联接管路7和所述旁通线1.1中的净化部件1.2、1.7从涡轮机3被引导。当废气控制阀8打开时，一方面根据旁通管路1.1中的净化部件1.2、1.7与废气中的净化部件6、5之间的流动阻力来分配废气流。由于废气控制阀8是具有多于两个受控和限定的阀体位置的阀，在后一种情况下可以在主要最大值和零之间连续调节废气管路2.3内的废气流量。
可选地，如果涡轮机3和与之相连的废气管路2.3通过旁通阀1.4关闭，则所有废气流都通过旁通管路1.1流动。当废气控制阀8关闭时，所有废气流都流经旁通管路1.1内的两个净化部件1.2、1.7。当废气控制阀8打开或部分打开时，通过废气管路2.3和净化部件6、5引导的废气流可以在上述最大值和零之间调节。
催化剂通常位于颗粒过滤器的上游，因为催化剂需要相应的废气温度。如果提供足够的废气温度，根据图6的示例性实施例，还可以将催化剂定位在颗粒过滤器的下游。在这种情况下，它受到更少的污染并且可以更有效地运行。旁通管路1.1中的催化剂1.2位于颗粒过滤器的上游，因此在冷启动后非常迅速地升温。如果有足够的废气温度可用，则可以通过阀8向主管道供应热废气，这样主催化剂5也可以有足够的废气温度。因此，所述催化剂和颗粒过滤器的顺序根据示例性实施例，在每种情况下也可以颠倒。
未单独示出的示例性实施例是用于柴油发动机2的废气后处理系统1。这些示例性实施例与之前描述的那些的区别仅在于催化剂5、1.2的催化形成。所述催化剂5、1.2是DOC催化剂，或所述催化剂5、1.2具有DOC涂层。即，主DOC催化器5和DOC催化器1.2分别设置在所述旁通管路1.1中。
元件符号清单
1 废气后处理系统
1.1 旁通管路
1.2 催化转化器、三元催化转化器、DOC催化转化器
1.3 旁通接头
1.4 旁通阀、三通阀
1.5 废气再循环管路
1.6 废气再循环接头
1.7 颗粒过滤器
1.8 开口
1.9 废气阀
2 内燃机、火花点火发动机、柴油发动机
2.1 排气歧管
2.2 进气歧管
2.3 废气管路
2.4 新鲜空气管路
3 涡轮机
5 主催化器、主三元催化器、主DOC催化器
6 颗粒过滤器
7 联接管路
8 废气控制阀。

Claims (11)

1.一种用于内燃机(2)的废气后处理系统(1)，所述废气后处理系统(1)包括可连接到所述内燃机(2)的排气歧管(2.1)的废气管路(2.3)、位于所述废气管路(2.3)中的涡轮机(3)、以及位于所述涡轮机(3)的下游的主催化转化器(5)，其中所述废气管路(2.3)包括旁通管路(1.1)和用于所述旁通管路(1.1)的旁通接头(1.3)，所述旁通接头(1.3)设置在所述废气管路(2.3)中所述涡轮机(3)的上游，所述旁通管路(1.1)在所述主催化转化器(5)上游的开口(1.8)处通向所述涡轮机(3)下游的所述废气管路(2.3)，所述废气后处理系统(1)还包括旁通阀(1.4)，其特征在于：
所述涡轮机(3)下游的所述废气管路(2.3)中设有主颗粒过滤器(6)，所述旁通管路(1.1)中设有催化转化器(1.2)，其中：
a1)所述旁通阀(1.4)为三通阀，并且形成所述涡轮机(3)上游的所述旁通接头(1.3)；或
a2)所述旁通阀(1.4)为三通阀，并且设置在所述开口(1.8)处；或
b1)所述旁通阀(1.4)位于所述旁通管路(1.1)中，所述废气管路(2.3)中的所述开口(1.8)的上游还设有废气阀(1.9)；其中所述涡轮机(3)具有固定叶片，或所述涡轮机(3)为VTG涡轮机或VNT涡轮机；或
b2)在所述旁通接头(1.3)的下游和所述开口(1.8)的上游形成不具有废气阀的废气管路(2.3)；所述VTG涡轮机(3)或所述VNT涡轮机具有阀门功能，用于调节通过所述涡轮机的废气质量流量；
所述内燃机(2)为火花点火发动机，其中相应的所述催化转化器(5、1.2)具有三元涂层；或者所述内燃机(2)为柴油发动机，其中相应的所述主催化转化器(5、1.2)具有DOC涂层；以及
除了所述旁通阀(1.4)外，所述旁通管路(1.1)的其它部分未设置旁通阀。
2.如权利要求1所述的废气后处理系统(1)，其特征在于，所述废气阀(1.9)能够被最多两个限定位置所限制，所述限定位置由端部基台确定。
3.如权利要求1或2所述的废气后处理系统(1)，其特征在于，所述旁通管路(1.1)中还设有颗粒过滤器(1.7)；或者，所述旁通管路(1.1)中没有颗粒过滤器。
4.一种用于内燃机(2)的废气后处理系统(1)，所述废气后处理系统(1)包括可连接到所述内燃机(2)的排气歧管(2.1)的废气管路(2.3)、位于所述废气管路(2.3)中的涡轮机(3)、以及位于所述涡轮机(3)的下游的主催化转化器(5)，其中所述废气管路(2.3)包括旁通管路(1.1)和旁通阀(1.4)，所述旁通阀(1.4)位于所述涡轮机(3)上游的所述废气管路(2.3)中，所述旁通管路(1.1)在所述涡轮机(3)下游的开口(1.8)处通向所述废气管路(2.3)，
其特征在于，所述废气管路(2.3)中包括位于所述涡轮机(3)下游的主颗粒过滤器(6)，所述旁通管路(1.1)中包括颗粒过滤器(1.7)和催化转化器(1.2)，其中所述旁通管路(1.1)的所述开口(1.8)设置在所述主催化转化器(5)的下游和所述主颗粒过滤器(6)的下游；
所述内燃机(2)为火花点火发动机，其中相应的所述催化转化器(5、1.2)具有三元涂层；或者所述内燃机(2)为柴油发动机，其中相应的所述主催化转化器(5、1.2)具有DOC涂层。
5.如权利要求4所述的废气后处理系统(1)，其特征在于，所述旁通管路(1.1)具有联接管路(7)，所述联接管路(7)从所述颗粒过滤器(1.7)的上游和所述催化转化器(1.2)的上游分支，且所述联接管路(7)在所述主颗粒过滤器(6)的上游和所述主催化转化器(5)的上游通向所述废气管路(2.3)。
6.如权利要求4或5所述的废气后处理系统(1)，其特征在于，在所述主颗粒过滤器(6)的下游、所述主催化转化器(5)的下游和所述开口(1.8)的上游的废气管路(2.3)中设有废气控制阀(8)，所述废气控制阀(8)能够被两个以上限定位置所限制，通过这些限定位置可以在两个以上的设置中控制所述废气管路(2.3)内的废气体积流量。
7.如前述权利要求中任一项所述的废气后处理系统(1)，其特征在于，所述废气管路(2.3)没有废气再循环管路；或者
所述废气管路(2.3)具有废气再循环管路(1.5)和用于所述涡轮机(3)上游的废气再循环管路(1.5)的EGR接头(1.6)，其中所述EGR接头(1.6)位于所述旁通接头(1.3)的上游或下游。
8.如前述权利要求中任一项所述的废气后处理系统(1)，其特征在于，所述旁通阀(1.4)能够被最多两个限定位置所限制，所述限定位置由端部基台确定。
9.如前述权利要求中任一项所述的废气后处理系统(1)，其特征在于，所述催化转化器(1.2、5)和所述颗粒过滤器(1.7、6)为具有催化作用的三元涂层或DOC涂层的颗粒过滤器。
10.一种用于操作废气后处理系统(1)的方法，所述废气后处理系统(1)为如前述权利要求1至3和7至9中任一项所述的废气后处理系统(1)，其特征在于，所述废气管路(2.3)在冷启动期间通过所述废气阀(1.9)关闭；当所述旁通阀(1.4)打开时，整个废气流通过所述旁通管路(1.1)被引导到所述开口(1.8)以及废气系统的其它部分。
11.一种用于操作废气后处理系统(1)的方法，所述废气后处理系统(1)为如权利要求4至9中任一项所述的废气后处理系统(1)，其特征在于，废气体积流A经由所述旁通阀(1.4)被引导到所述旁通管路(1.1)中；其中，所述废气体积流A的至少一部分通过相应打开所述废气控制阀(8)，经由所述联接管路(7)被引导到所述废气管路(2.3)中。
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